JP2013051345A - Diode, semiconductor device and mosfet - Google Patents

Diode, semiconductor device and mosfet Download PDF

Info

Publication number
JP2013051345A
JP2013051345A JP2011189263A JP2011189263A JP2013051345A JP 2013051345 A JP2013051345 A JP 2013051345A JP 2011189263 A JP2011189263 A JP 2011189263A JP 2011189263 A JP2011189263 A JP 2011189263A JP 2013051345 A JP2013051345 A JP 2013051345A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
semiconductor
diode
barrier
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2011189263A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yuusuke Yamashita
侑佑 山下
Satoru Machida
悟 町田
Takahide Sugiyama
隆英 杉山
Jun Saito
順 斎藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp, Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2011189263A priority Critical patent/JP2013051345A/en
Publication of JP2013051345A publication Critical patent/JP2013051345A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To disclose a technology of enabling reduction of a switching loss in a diode to be achieved by a structure that is not likely to cause variation in quality at the time of manufacturing.SOLUTION: A diode disclosed in the present specification comprises: a cathode electrode; a cathode region composed of a first conductivity type semiconductor; a drift region composed of a low-concentration first conductivity type semiconductor; an anode region composed of a second conductivity type semiconductor; and an anode electrode. The diode comprises: a barrier region formed between the drift region and the anode region, and composed of a first conductivity type semiconductor having a concentration higher than that of the drift region; and a hetero semiconductor region formed so as to electrically connect the barrier region and the anode electrode, and composed of a semiconductor having a band gap smaller than that of the barrier region. In the diode, the hetero semiconductor region and the barrier region form a hetero junction.

Description

本発明は、ダイオード、半導体装置およびMOSFETに関する。   The present invention relates to a diode, a semiconductor device, and a MOSFET.

PNダイオードの逆回復特性を向上し、スイッチング損失を低減する技術が従来から開発されている。特許文献1には、PINダイオードとショットキーダイオードを組み合わせたMPSダイオードが開示されている。特許文献1の技術では、pアノード領域のサイズをリーチスルー限界まで小さくすることで、pアノード領域からnドリフト領域への正孔注入を抑制し、スイッチング損失の低減を図っている。特許文献2には、pアノード領域とnドリフト領域の間にnドリフト領域よりも高濃度のn型不純物を有するnバリア領域を設けたPINダイオードが開示されている。特許文献2の技術では、nバリア領域によってpアノード領域からnドリフト領域への正孔注入を抑制し、スイッチング損失の低減を図っている。 Techniques for improving reverse recovery characteristics of PN diodes and reducing switching loss have been developed. Patent Document 1 discloses an MPS diode in which a PIN diode and a Schottky diode are combined. In the technique of Patent Document 1, by reducing the size of the p anode region to the reach through limit, hole injection from the p anode region to the n drift region is suppressed, and switching loss is reduced. Patent Document 2, p anode region and the n - between the drift region n - than the drift region PIN diode having a n barrier region having a high concentration n-type impurity are disclosed. In the technique of Patent Document 2, injection of holes from the p anode region to the n drift region is suppressed by the n barrier region, and switching loss is reduced.

特開2003−163357号公報JP 2003-163357 A 特開2000−323488号公報JP 2000-323488 A

アノード電極とnドリフト領域(またはnバリア領域)をショットキー接合する場合、ショットキー接合の界面の品質に応じて、ダイオードの動作特性が大きく変化する。しかしながら、ショットキー接合の界面は製造時に品質のバラつきを生じやすい。製造時に品質のバラつきを生じにくい構造で、ダイオードにおけるスイッチング損失の低減を実現することが可能な技術が期待されている。 When Schottky junction is used between the anode electrode and the n drift region (or n barrier region), the operating characteristics of the diode vary greatly depending on the quality of the interface of the Schottky junction. However, the quality of the Schottky junction interface is likely to vary during manufacturing. There is a demand for a technology that can reduce the switching loss in a diode with a structure that does not easily cause variations in quality during manufacturing.

本明細書では上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書では、製造時に品質のバラつきを生じにくい構造で、ダイオードにおけるスイッチング損失の低減を実現することが可能な技術を開示する。   In this specification, the technique which solves said subject is provided. In the present specification, a technology capable of realizing a reduction in switching loss in a diode with a structure in which quality variations are unlikely to occur during manufacturing is disclosed.

本明細書で開示するダイオードは、カソード電極と、第1導電型の半導体からなるカソード領域と、低濃度の第1導電型の半導体からなるドリフト領域と、第2導電型の半導体からなるアノード領域と、アノード電極を備えている。そのダイオードは、前記ドリフト領域と前記アノード領域の間に形成された、前記ドリフト領域よりも濃度が高い第1導電型の半導体からなるバリア領域と、前記バリア領域と前記アノード電極を電気的に接続するように形成された、前記バリア領域よりもバンドギャップが小さい半導体からなるヘテロ半導体領域を備えている。そのダイオードでは、前記ヘテロ半導体領域と前記バリア領域がヘテロ接合している。   The diode disclosed in the present specification includes a cathode electrode, a cathode region made of a first conductivity type semiconductor, a drift region made of a low concentration first conductivity type semiconductor, and an anode region made of a second conductivity type semiconductor. And an anode electrode. The diode includes a barrier region formed between the drift region and the anode region and made of a first conductivity type semiconductor having a higher concentration than the drift region, and electrically connects the barrier region and the anode electrode. And a hetero semiconductor region made of a semiconductor having a band gap smaller than that of the barrier region. In the diode, the hetero semiconductor region and the barrier region are heterojunctioned.

上記のダイオードでは、アノード電極とカソード電極の間に順バイアスが印加されると、ヘテロ半導体領域とバリア領域の間のヘテロ接合界面を介して短絡する。これにより、バリア領域とアノード電極の電位差はヘテロ接合界面での電圧降下とほぼ等しくなる。ヘテロ接合界面での電圧降下は、アノード領域とバリア領域の間のpn接合のビルトイン電圧よりも十分に小さいので、アノード領域からドリフト領域への正孔の注入が抑制される。   In the above diode, when a forward bias is applied between the anode electrode and the cathode electrode, a short circuit occurs via the heterojunction interface between the hetero semiconductor region and the barrier region. Thereby, the potential difference between the barrier region and the anode electrode becomes substantially equal to the voltage drop at the heterojunction interface. Since the voltage drop at the heterojunction interface is sufficiently smaller than the built-in voltage of the pn junction between the anode region and the barrier region, injection of holes from the anode region to the drift region is suppressed.

次いで、アノード電極とカソード電極の間の電圧が順バイアスから逆バイアスに切り替わると、ヘテロ半導体領域とバリア領域の間のヘテロ接合界面によって逆電流が制限される。上記のダイオードでは、順バイアスの印加時においてアノード領域からドリフト領域への正孔の注入が抑制されているから、逆回復電流が小さく、逆回復時間が短い。上記のダイオードによれば、ドリフト領域のライフタイム制御を行うことなく、スイッチング損失を小さくすることが出来る。   Then, when the voltage between the anode electrode and the cathode electrode switches from forward bias to reverse bias, the reverse current is limited by the heterojunction interface between the hetero semiconductor region and the barrier region. In the above diode, since the injection of holes from the anode region to the drift region is suppressed when a forward bias is applied, the reverse recovery current is small and the reverse recovery time is short. According to the above diode, switching loss can be reduced without performing lifetime control of the drift region.

また、上記のダイオードでは、アノード電極とカソード電極の間に逆バイアスが印加されると、ヘテロ半導体領域とバリア領域の間のヘテロ接合界面から伸びる空乏層だけでなく、アノード領域とバリア領域の間のpn接合の界面から伸びる空乏層によっても電界が分担される。これにより、ヘテロ半導体領域とバリア領域の間のヘテロ接合界面にかかる電界が軽減される。上記のダイオードによれば、逆バイアスに対する耐圧を向上することが出来る。   In the above diode, when a reverse bias is applied between the anode electrode and the cathode electrode, not only a depletion layer extending from the heterojunction interface between the hetero semiconductor region and the barrier region, but also between the anode region and the barrier region. The electric field is also shared by the depletion layer extending from the interface of the pn junction. Thereby, the electric field applied to the heterojunction interface between the hetero semiconductor region and the barrier region is reduced. According to the above diode, the withstand voltage against reverse bias can be improved.

さらに、上記のダイオードでは、アノード電極とバリア領域の間の電気的な接続に関して、ショットキー接合ではなく、ヘテロ接合を用いて、整流作用を実現している。一般に、ショットキー接合を用いて整流作用を実現する場合、その動作はショットキー接合の界面の品質に大きな影響を受ける。しかしながら、ショットキー接合の界面は製造時に品質のバラつきを生じやすい。これに対して、ヘテロ接合を用いて整流作用を実現する場合も、その動作はヘテロ接合の界面の品質に大きな影響を受けるが、ヘテロ接合の界面は製造時に品質のバラつきを生じにくい。上記のダイオードによれば、製造時に品質のバラつきを生じにくい構造で、スイッチング損失を低減することができる。   Further, in the above diode, the rectifying action is realized by using a heterojunction instead of a Schottky junction for the electrical connection between the anode electrode and the barrier region. In general, when a rectifying action is realized using a Schottky junction, the operation is greatly affected by the quality of the interface of the Schottky junction. However, the quality of the Schottky junction interface is likely to vary during manufacturing. On the other hand, even when the rectifying action is realized using a heterojunction, the operation is greatly influenced by the quality of the interface of the heterojunction, but the heterojunction interface is unlikely to vary in quality during manufacturing. According to the above diode, the switching loss can be reduced with a structure in which the quality does not easily vary during manufacture.

なお、上記のダイオードにおけるバリア領域は、不純物濃度が均一である単一の半導体領域から構成されていてもよいし、不純物濃度が異なる複数の半導体領域から構成されていてもよい。   In addition, the barrier region in the above diode may be composed of a single semiconductor region having a uniform impurity concentration, or may be composed of a plurality of semiconductor regions having different impurity concentrations.

上記のダイオードは、前記バリア領域と前記ドリフト領域の間に形成された、第2導電型の半導体からなる電界進展防止領域をさらに備えていることが好ましい。   The diode preferably further includes an electric field progress prevention region made of a second conductivity type semiconductor and formed between the barrier region and the drift region.

上記のダイオードでは、アノード電極とカソード電極の間に逆バイアスが印加されると、ヘテロ半導体領域とバリア領域の間のヘテロ接合界面で逆電流が制限されるだけでなく、ドリフト領域と電界進展防止領域の間のpn接合によっても逆電流が制限される。上記のダイオードによれば、逆バイアスの印加時のリーク電流を低減することができる。   In the above diode, when a reverse bias is applied between the anode electrode and the cathode electrode, not only the reverse current is limited at the heterojunction interface between the hetero semiconductor region and the barrier region, but also the drift region and the electric field progress prevention. The reverse current is also limited by the pn junction between the regions. According to the above diode, it is possible to reduce a leakage current when a reverse bias is applied.

また、上記のダイオードでは、アノード電極とカソード電極の間に逆バイアスが印加されると、ヘテロ半導体領域とバリア領域の間のヘテロ接合界面から伸びる空乏層だけでなく、アノード領域とバリア領域の間のpn接合の界面から伸びる空乏層と、ドリフト領域と電界進展防止領域の間のpn接合の界面でも電界が分担される。これにより、ヘテロ半導体領域とバリア領域の間のヘテロ接合界面にかかる電界と、アノード領域とバリア領域の間のpn接合にかかる電界が軽減される。上記のダイオードによれば、逆バイアスに対する耐圧をさらに向上することが出来る。   In the above diode, when a reverse bias is applied between the anode electrode and the cathode electrode, not only a depletion layer extending from the heterojunction interface between the hetero semiconductor region and the barrier region, but also between the anode region and the barrier region. The depletion layer extending from the pn junction interface and the pn junction interface between the drift region and the electric field progression prevention region also share the electric field. Thereby, the electric field applied to the heterojunction interface between the hetero semiconductor region and the barrier region and the electric field applied to the pn junction between the anode region and the barrier region are reduced. According to the above diode, the withstand voltage against reverse bias can be further improved.

上記のダイオードは、前記アノード領域から前記ドリフト領域まで達するトレンチが形成されており、前記トレンチの内部に絶縁膜で被覆されたトレンチ電極が形成されていることが好ましい。   In the above diode, it is preferable that a trench extending from the anode region to the drift region is formed, and a trench electrode covered with an insulating film is formed inside the trench.

上記のダイオードでは、アノード電極とカソード電極の間に逆バイアスが印加される際に、ドリフト領域の内部におけるトレンチ電極の先端近傍の箇所に電界集中が生じ、これによってヘテロ半導体領域とバリア領域の間のヘテロ接合界面や、アノード領域とバリア領域の間のpn接合の界面にかかる電界が軽減される。上記のダイオードによれば、逆バイアスに対する耐圧をさらに向上することが出来る。   In the above diode, when a reverse bias is applied between the anode electrode and the cathode electrode, an electric field concentration occurs at a location near the tip of the trench electrode inside the drift region, thereby causing a gap between the hetero semiconductor region and the barrier region. The electric field applied to the heterojunction interface and the pn junction interface between the anode region and the barrier region is reduced. According to the above diode, the withstand voltage against reverse bias can be further improved.

上記のダイオードは、前記カソード領域に部分的に形成された、第2導電型の半導体からなるカソードショート領域をさらに備えていることが好ましい。   The diode preferably further includes a cathode short region made of a second conductivity type semiconductor partially formed in the cathode region.

上記のダイオードでは、アノード電極とカソード電極の間に順バイアスが印加される際に、カソードショート領域が存在することにより、カソード領域からドリフト領域への電子の注入が抑制される。これにより、順バイアスから逆バイアスへ切り替わる際の逆回復電流をさらに小さくし、逆回復時間をさらに短くすることができる。上記のダイオードによれば、スイッチング損失をさらに低減することが出来る。   In the above diode, when a forward bias is applied between the anode electrode and the cathode electrode, the presence of the cathode short region suppresses the injection of electrons from the cathode region to the drift region. Thereby, the reverse recovery current when switching from the forward bias to the reverse bias can be further reduced, and the reverse recovery time can be further shortened. According to the above diode, the switching loss can be further reduced.

本明細書はさらに、上記のダイオードとIGBTが一体化された半導体装置を開示する。その半導体装置では、前記IGBTが、コレクタ電極と、第2導電型の半導体からなるコレクタ領域と、前記ドリフト領域から連続しており、低濃度の第1導電型の半導体からなる第2ドリフト領域と、第2導電型の半導体からなるボディ領域と、第1導電型の半導体からなるエミッタ領域と、エミッタ電極と、前記エミッタ領域と前記第2ドリフト領域の間の前記ボディ領域に対して絶縁膜を挟んで対向するゲート電極を備えている。その半導体装置では、前記IGBTが、前記第2ドリフト領域と前記ボディ領域の間に形成された、前記第2ドリフト領域よりも濃度が高い第1導電型の半導体からなる第2バリア領域と、前記第2バリア領域と前記エミッタ電極を電気的に接続するように形成された、前記第2バリア領域よりもバンドギャップが小さい半導体からなる第2ヘテロ半導体領域を備えている。その半導体装置では、前記第2ヘテロ半導体領域と前記第2バリア領域がヘテロ接合している。   The present specification further discloses a semiconductor device in which the above diode and IGBT are integrated. In the semiconductor device, the IGBT includes a collector electrode, a collector region made of a second conductivity type semiconductor, a second drift region made of a low concentration first conductivity type semiconductor, which is continuous from the drift region, A body region made of a second conductivity type semiconductor; an emitter region made of a first conductivity type semiconductor; an emitter electrode; and an insulation film for the body region between the emitter region and the second drift region. A gate electrode is provided so as to face each other. In the semiconductor device, the IGBT is formed between the second drift region and the body region, the second barrier region made of a first conductivity type semiconductor having a higher concentration than the second drift region, A second hetero semiconductor region made of a semiconductor having a band gap smaller than that of the second barrier region is formed so as to electrically connect the second barrier region and the emitter electrode. In the semiconductor device, the second hetero semiconductor region and the second barrier region are heterojunctioned.

上記の半導体装置では、ダイオードとIGBTの寄生ダイオードの双方について、製造時に品質のバラつきを生じにくい構造で、スイッチング損失を低減し、かつ逆バイアスに対する耐圧を向上することができる。   In the semiconductor device described above, both the diode and the IGBT parasitic diode have a structure in which the quality does not easily vary during manufacturing, can reduce the switching loss, and can improve the withstand voltage against the reverse bias.

上記の半導体装置は、前記第2バリア領域と前記第2ドリフト領域の間に形成された、第2導電型の半導体からなる第2電界進展防止領域をさらに備えることが好ましい。   The semiconductor device preferably further includes a second electric field progress prevention region made of a second conductivity type semiconductor and formed between the second barrier region and the second drift region.

上記の半導体装置では、IGBTの寄生ダイオードについて、逆バイアスに対する耐圧をさらに向上し、かつ逆バイアス時のリーク電流を低減することができる。また、IGBTの駆動時に、コレクタ電極からエミッタ電極へ流れる電流が電界進展防止領域とドリフト領域の間のpn接合によって抑制されるため、IGBTの飽和電流を低減することができる。   In the semiconductor device described above, the withstand voltage against reverse bias can be further improved and the leakage current during reverse bias can be reduced for the IGBT parasitic diode. In addition, since the current flowing from the collector electrode to the emitter electrode is suppressed by the pn junction between the electric field progress prevention region and the drift region when the IGBT is driven, the saturation current of the IGBT can be reduced.

本明細書はさらに、MOSFETを開示する。そのMOSFETは、ドレイン電極と、第1導電型の半導体からなるドレイン領域と、低濃度の第1導電型の半導体からなるドリフト領域と、第2導電型の半導体からなるボディ領域と、第1導電型の半導体からなるソース領域と、ソース電極と、前記ソース領域と前記ドリフト領域の間の前記ボディ領域に対して絶縁膜を挟んで対向するゲート電極を備えている。そのMOSFETは、前記ドリフト領域と前記ボディ領域の間に形成された、前記ドリフト領域よりも濃度が高い第1導電型の半導体からなるバリア領域と、前記バリア領域と前記ソース電極を電気的に接続するように形成された、前記バリア領域よりもバンドギャップが小さい半導体からなるヘテロ半導体領域を備えている。そのMOSFETは、前記ヘテロ半導体領域と前記バリア領域がヘテロ接合している。   The present specification further discloses a MOSFET. The MOSFET includes a drain electrode, a drain region made of a first conductivity type semiconductor, a drift region made of a low concentration first conductivity type semiconductor, a body region made of a second conductivity type semiconductor, and a first conductivity. A source region made of a semiconductor of a type, a source electrode, and a gate electrode facing the body region between the source region and the drift region with an insulating film interposed therebetween. The MOSFET electrically connects the barrier region and the source electrode formed between the drift region and the body region and made of a first conductivity type semiconductor having a higher concentration than the drift region. And a hetero semiconductor region made of a semiconductor having a band gap smaller than that of the barrier region. In the MOSFET, the hetero semiconductor region and the barrier region are heterojunctioned.

上記のMOSFETによれば、製造時に品質のバラつきを生じにくい構造で、寄生ダイオードのスイッチング損失を低減し、かつ逆バイアスに対する耐圧を向上することができる。   According to the above-described MOSFET, it is possible to reduce the switching loss of the parasitic diode and to improve the withstand voltage against the reverse bias with a structure in which the quality does not easily vary during manufacturing.

上記のMOSFETは、前記バリア領域と前記ドリフト領域の間に形成された、第2導電型の半導体からなる電界進展防止領域をさらに備えていることが好ましい。   The MOSFET preferably further includes an electric field progress prevention region made of a second conductivity type semiconductor and formed between the barrier region and the drift region.

上記のMOSFETでは、逆バイアスに対する耐圧をさらに向上し、かつ逆バイアス時のリーク電流を低減することができる。   In the MOSFET described above, the withstand voltage against reverse bias can be further improved, and the leakage current at the time of reverse bias can be reduced.

本明細書が開示する技術によれば、製造時に品質のバラつきを生じにくい構造で、ダイオードにおけるスイッチング損失の低減を実現することができる。   According to the technology disclosed in this specification, it is possible to realize a reduction in switching loss in a diode with a structure in which quality variation hardly occurs during manufacturing.

実施例1のダイオード2の構成を模式的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a configuration of a diode 2 according to the first embodiment. 実施例1のダイオード2と比較例1のダイオード26の逆回復特性を比較するグラフである。3 is a graph comparing reverse recovery characteristics of a diode 2 of Example 1 and a diode 26 of Comparative Example 1; 比較例1のダイオード26の構成を模式的に示す図である。6 is a diagram schematically showing a configuration of a diode 26 of Comparative Example 1. FIG. 実施例2のダイオード32の構成を模式的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration of a diode 32 of Example 2. 実施例1のダイオード2と実施例2のダイオード32の逆バイアス印加時のリーク電流を比較するグラフである。6 is a graph comparing the leakage current when reverse bias is applied between the diode 2 of the first embodiment and the diode 32 of the second embodiment. 実施例1のダイオード2と実施例2のダイオード32の逆バイアス印加時の耐圧を比較するグラフである。It is a graph which compares the withstand voltage at the time of reverse bias application of the diode 2 of Example 1, and the diode 32 of Example 2. FIG. 実施例3のダイオード42の構成を模式的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration of a diode 42 of Example 3. 実施例4のダイオード52の構成を模式的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration of a diode 52 of Example 4. 実施例5のダイオード62の構成を模式的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration of a diode 62 of Example 5. 実施例1のダイオード2の変形例の構成を模式的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a configuration of a modification of the diode 2 according to the first embodiment. 実施例2のダイオード32の変形例の構成を模式的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration of a modified example of a diode 32 of Example 2. 実施例3のダイオード42の変形例の構成を模式的に示す図である。FIG. 10 is a diagram schematically illustrating a configuration of a modified example of the diode 42 according to the third embodiment. 実施例6の半導体装置72の構成を模式的に示す図である。FIG. 10 is a diagram schematically showing a configuration of a semiconductor device 72 of Example 6. 実施例7の半導体装置82の構成を模式的に示す図である。FIG. 10 is a diagram schematically showing a configuration of a semiconductor device 82 of Example 7. 実施例8の半導体装置102の構成を模式的に示す図である。FIG. 10 schematically shows a configuration of a semiconductor device 102 according to an eighth embodiment. 実施例9の半導体装置162の構成を模式的に示す図である。FIG. 10 is a diagram schematically illustrating a configuration of a semiconductor device 162 according to an embodiment 9; 実施例10の半導体装置172の構成を模式的に示す図である。FIG. 10 is a diagram schematically showing a configuration of a semiconductor device 172 of Example 10. 実施例11の半導体装置182の構成を模式的に示す図である。FIG. 15 is a diagram schematically showing a configuration of a semiconductor device 182 of Example 11. 実施例12の半導体装置202の構成を模式的に示す図である。FIG. 16 is a diagram schematically showing a configuration of a semiconductor device 202 of Example 12. 実施例13の半導体装置232の構成を模式的に示す図である。FIG. 16 is a diagram schematically showing a configuration of a semiconductor device 232 of Example 13. 実施例14の半導体装置242の構成を模式的に示す図である。FIG. 16 is a diagram schematically showing a configuration of a semiconductor device 242 of Example 14. 実施例15の半導体装置252の構成を模式的に示す図である。FIG. 16 is a diagram schematically showing a configuration of a semiconductor device 252 of Example 15. 実施例16のダイオード302の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the diode 302 of Example 16. FIG. 実施例17のダイオード304の構成を模式的に示す図である。FIG. 15 is a diagram schematically showing a configuration of a diode 304 of Example 17. その他の実施例のダイオード306の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the diode 306 of another Example. その他の実施例のダイオード308の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the diode 308 of another Example. その他の実施例のダイオード310の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the diode 310 of another Example. その他の実施例のダイオード312の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the diode 312 of another Example. その他の実施例のダイオード314の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the diode 314 of another Example. その他の実施例のダイオード316の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the diode 316 of another Example. その他の実施例の半導体装置318の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the semiconductor device 318 of another Example. その他の実施例の半導体装置320の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the semiconductor device 320 of another Example. その他の実施例の半導体装置322の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the semiconductor device 322 of another Example. その他の実施例の半導体装置324の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the semiconductor device 324 of another Example. その他の実施例の半導体装置326の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the semiconductor device 326 of another Example. その他の実施例の半導体装置328の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the semiconductor device 328 of another Example. その他の実施例の半導体装置330の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the semiconductor device 330 of another Example. その他の実施例の半導体装置332の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the semiconductor device 332 of another Example. その他の実施例の半導体装置334の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the semiconductor device 334 of another Example. その他の実施例の半導体装置336の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the semiconductor device 336 of another Example.

(実施例1)
図1に示すように、本実施例のダイオード2は、シリコンの半導体基板4を用いて形成されている。半導体基板4には、高濃度n型半導体領域であるnカソード領域6と、n型半導体領域であるnバッファ領域8と、低濃度n型半導体領域であるnドリフト領域10と、n型半導体領域であるnバリア領域12と、p型半導体領域であるpアノード領域14が順に積層されている。本実施例では、n型半導体領域には不純物として例えばリンが添加されており、p型半導体領域には不純物として例えばボロンが添加されている。本実施例では、nカソード領域6の不純物濃度は1×1017〜5×1020[cm-3]程度であり、nバッファ領域8の不純物濃度は1×1016〜1×1019[cm-3]程度であり、nドリフト領域10の不純物濃度は1×1012〜1×1015[cm-3]程度であり、nバリア領域12の不純物濃度は1×1015〜1×1018[cm-3]程度であり、pアノード領域14の不純物濃度は1×1016〜1×1019[cm-3]程度である。また、nバリア領域12の厚みは0.5〜3.0[μm]程度である。
Example 1
As shown in FIG. 1, the diode 2 of the present embodiment is formed using a silicon semiconductor substrate 4. The semiconductor substrate 4 includes an n + cathode region 6 that is a high concentration n-type semiconductor region, an n buffer region 8 that is an n-type semiconductor region, an n drift region 10 that is a low-concentration n-type semiconductor region, and an n-type. An n barrier region 12 that is a semiconductor region and a p anode region 14 that is a p-type semiconductor region are sequentially stacked. In this embodiment, for example, phosphorus is added as an impurity to the n-type semiconductor region, and boron is added as an impurity to the p-type semiconductor region. In this embodiment, the impurity concentration of the n + cathode region 6 is about 1 × 10 17 to 5 × 10 20 [cm −3 ], and the impurity concentration of the n buffer region 8 is 1 × 10 16 to 1 × 10 19 [ cm −3 ], the impurity concentration of the n drift region 10 is about 1 × 10 12 to 1 × 10 15 [cm −3 ], and the impurity concentration of the n barrier region 12 is 1 × 10 15 to 1 ×. 10 18 is approximately [cm -3], the impurity concentration of the p-anode region 14 is approximately 1 × 10 16 ~1 × 10 19 [cm -3]. The thickness of the n barrier region 12 is about 0.5 to 3.0 [μm].

半導体基板4の上側表面には、n型半導体領域であるnピラー領域16が、所定の間隔を隔てて複数形成されている。nピラー領域16の不純物濃度は1×1016〜1×1019[cm-3]程度である。nピラー領域16は、pアノード領域14を貫通して、nバリア領域12の上側表面まで達するように形成されている。また、pアノード領域14の上側表面には、高濃度p型半導体領域であるpコンタクト領域18が所定の間隔を隔てて複数形成されている。pコンタクト領域18の不純物濃度は1×1017〜1×1020[cm-3]程度である。 A plurality of n-pillar regions 16 that are n-type semiconductor regions are formed on the upper surface of the semiconductor substrate 4 at a predetermined interval. The impurity concentration of the n pillar region 16 is about 1 × 10 16 to 1 × 10 19 [cm −3 ]. The n pillar region 16 is formed so as to penetrate the p anode region 14 and reach the upper surface of the n barrier region 12. A plurality of p + contact regions 18 that are high-concentration p-type semiconductor regions are formed on the upper surface of the p anode region 14 at a predetermined interval. The impurity concentration of the p + contact region 18 is about 1 × 10 17 to 1 × 10 20 [cm −3 ].

半導体基板4の上側表面には、シリコンよりバンドギャップが小さい半導体からなるヘテロ半導体領域23が、nピラー領域16の上側表面を覆うように積層されている。本実施例では、ヘテロ半導体領域23は、例えば不純物としてリンが添加されたn型のゲルマニウムからなる。ヘテロ半導体領域23は、例えば半導体基板4の上側表面にゲルマニウムをエピタキシャル成長によって積層し、積層されたゲルマニウムをトリミングすることによって形成される。ヘテロ半導体領域23とnピラー領域16はヘテロ接合界面24を介してヘテロ接合している。   On the upper surface of the semiconductor substrate 4, a hetero semiconductor region 23 made of a semiconductor having a smaller band gap than silicon is laminated so as to cover the upper surface of the n pillar region 16. In this embodiment, the hetero semiconductor region 23 is made of, for example, n-type germanium to which phosphorus is added as an impurity. The hetero semiconductor region 23 is formed, for example, by stacking germanium on the upper surface of the semiconductor substrate 4 by epitaxial growth and trimming the stacked germanium. The hetero semiconductor region 23 and the n pillar region 16 are heterojunction through the hetero junction interface 24.

半導体基板4の下側表面には、金属製のカソード電極20が形成されている。カソード電極20は、nカソード領域6とオーミック接合によって接合している。半導体基板4の上側表面には、金属製のアノード電極22が形成されている。アノード電極22は、pアノード領域14、pコンタクト領域18およびヘテロ半導体領域23とオーミック接合によって接合している。 A metal cathode electrode 20 is formed on the lower surface of the semiconductor substrate 4. The cathode electrode 20 is joined to the n + cathode region 6 by an ohmic junction. A metal anode electrode 22 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 4. The anode electrode 22 is joined to the p anode region 14, the p + contact region 18 and the hetero semiconductor region 23 through an ohmic junction.

ダイオード2の動作について説明する。アノード電極22とカソード電極20の間に順バイアスが印加されると、ヘテロ半導体領域23とnピラー領域16の間のヘテロ接合界面24を介して短絡する。nピラー領域16とnバリア領域12はほぼ同電位であるため、nバリア領域12とアノード電極22の電位差はヘテロ接合界面24での電圧降下とほぼ等しくなる。ヘテロ接合界面24での電圧降下は、pアノード領域14とnバリア領域12の間のpn接合のビルトイン電圧よりも十分に小さいので、pコンタクト領域18やpアノード領域14からnドリフト領域10への正孔の注入が抑制される。アノード電極22とカソード電極20の間には、主にヘテロ半導体領域23、ヘテロ半導体領域23とnピラー領域16の間のヘテロ接合界面24、nピラー領域16、nバリア領域12、nドリフト領域10、nバッファ領域8、nカソード領域6を経由する順電流が流れる。 The operation of the diode 2 will be described. When a forward bias is applied between the anode electrode 22 and the cathode electrode 20, a short circuit occurs via the heterojunction interface 24 between the hetero semiconductor region 23 and the n pillar region 16. Since the n pillar region 16 and the n barrier region 12 have substantially the same potential, the potential difference between the n barrier region 12 and the anode electrode 22 becomes substantially equal to the voltage drop at the heterojunction interface 24. Since the voltage drop at the heterojunction interface 24 is sufficiently smaller than the built-in voltage of the pn junction between the p anode region 14 and the n barrier region 12, the n drift region 10 extends from the p + contact region 18 and the p anode region 14. The injection of holes into the is suppressed. Between the anode electrode 22 and the cathode electrode 20, the hetero semiconductor region 23, the heterojunction interface 24 between the hetero semiconductor region 23 and the n pillar region 16, the n pillar region 16, the n barrier region 12, and the n drift region are mainly used. 10. A forward current flows through the n buffer region 8 and the n + cathode region 6.

次いで、アノード電極22とカソード電極20の間の電圧が順バイアスから逆バイアスに切り替わると、ヘテロ半導体領域23とnピラー領域16の間のヘテロ接合界面24によって逆電流が制限される。上述したように、本実施例のダイオード2では、順バイアスの印加時においてpコンタクト領域18およびpアノード領域14からnドリフト領域10への正孔の注入が抑制されているから、逆回復電流が小さく、逆回復時間が短い。本実施例のダイオード2によれば、nドリフト領域10のライフタイム制御を行うことなく、スイッチング損失を小さくすることが出来る。 Next, when the voltage between the anode electrode 22 and the cathode electrode 20 is switched from the forward bias to the reverse bias, the reverse current is limited by the heterojunction interface 24 between the hetero semiconductor region 23 and the n pillar region 16. As described above, in the diode 2 of this embodiment, the injection of holes from the p + contact region 18 and the p anode region 14 to the n drift region 10 is suppressed when a forward bias is applied. Low current and short reverse recovery time. According to the diode 2 of the present embodiment, the switching loss can be reduced without performing lifetime control of the n drift region 10.

また、本実施例のダイオード2では、アノード電極22とカソード電極20の間に逆バイアスが印加されると、ヘテロ半導体領域23とnピラー領域16の間のヘテロ接合界面24から伸びる空乏層だけでなく、pアノード領域14とnバリア領域12の間のpn接合の界面から伸びる空乏層によっても電界が分担される。これにより、ヘテロ半導体領域23とnピラー領域16の間のヘテロ接合界面24にかかる電界が軽減される。本実施例のダイオード2によれば、逆バイアスに対する耐圧を向上することが出来る。   In the diode 2 of this embodiment, when a reverse bias is applied between the anode electrode 22 and the cathode electrode 20, only the depletion layer extending from the heterojunction interface 24 between the hetero semiconductor region 23 and the n pillar region 16 is obtained. In addition, the electric field is also shared by the depletion layer extending from the interface of the pn junction between the p anode region 14 and the n barrier region 12. As a result, the electric field applied to the heterojunction interface 24 between the hetero semiconductor region 23 and the n pillar region 16 is reduced. According to the diode 2 of the present embodiment, the breakdown voltage against the reverse bias can be improved.

図2は実施例1のダイオード2と、従来技術である比較例1のダイオード26について、逆回復特性を比較したものである。   FIG. 2 compares the reverse recovery characteristics of the diode 2 of Example 1 and the diode 26 of Comparative Example 1 which is a conventional technique.

図3は比較例1のダイオード26の構造を示している。ダイオード26は、高濃度n型半導体領域であるnカソード領域6と、n型半導体領域であるnバッファ領域8と、低濃度n型半導体領域であるnドリフト領域10が順に積層された、シリコンの半導体基板28に形成されている。nドリフト領域10の表面には、p型半導体領域であるpアノード領域14が所定の間隔を隔てて複数形成されている。また、pアノード領域14の上側表面には、高濃度p型半導体領域であるpコンタクト領域18が所定の間隔を隔てて複数形成されている。半導体基板28の下側表面には、金属製のカソード電極20が形成されている。カソード電極20は、nカソード領域6とオーミック接合によって接合している。半導体基板28の上側表面には、金属製のアノード電極22が形成されている。アノード電極22は、ショットキー界面30を介して、nドリフト領域10とショットキー接合によって接合している。アノード電極22は、pアノード領域14およびpコンタクト領域18とオーミック接合によって接合している。すなわち、比較例1のダイオード26は、nバリア領域12とnピラー領域16を備えていない点で、実施例1のダイオード2と相違する。なお比較例1のダイオード26は、ヘテロ接合ではなくショットキー接合によって整流作用を実現している点でも、実施例1のダイオード2と相違するが、この相違点は図2に示す逆回復特性には大きく影響していないことに注意されたい。 FIG. 3 shows the structure of the diode 26 of the first comparative example. The diode 26 includes an n + cathode region 6 that is a high concentration n-type semiconductor region, an n buffer region 8 that is an n-type semiconductor region, and an n drift region 10 that is a low-concentration n-type semiconductor region. It is formed on a silicon semiconductor substrate 28. A plurality of p anode regions 14, which are p type semiconductor regions, are formed on the surface of the n drift region 10 at a predetermined interval. A plurality of p + contact regions 18 that are high-concentration p-type semiconductor regions are formed on the upper surface of the p anode region 14 at a predetermined interval. A metal cathode electrode 20 is formed on the lower surface of the semiconductor substrate 28. The cathode electrode 20 is joined to the n + cathode region 6 by an ohmic junction. A metal anode electrode 22 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 28. The anode electrode 22 is joined to the n drift region 10 by a Schottky junction via the Schottky interface 30. The anode electrode 22 is joined to the p anode region 14 and the p + contact region 18 by an ohmic junction. That is, the diode 26 of Comparative Example 1 is different from the diode 2 of Example 1 in that the n barrier region 12 and the n pillar region 16 are not provided. The diode 26 of Comparative Example 1 is different from the diode 2 of Example 1 in that the rectifying action is realized not by a heterojunction but by a Schottky junction. This difference is the reverse recovery characteristic shown in FIG. Note that does not have a significant effect.

図2から明らかなように、実施例1のダイオード2は、比較例1のダイオード26に比べて、逆回復電流が小さく、逆回復時間が短い。本実施例のダイオード2によれば、スイッチング損失を低減することが出来る。   As apparent from FIG. 2, the diode 2 of Example 1 has a smaller reverse recovery current and shorter reverse recovery time than the diode 26 of Comparative Example 1. According to the diode 2 of the present embodiment, switching loss can be reduced.

本実施例のダイオード2では、nピラー領域16における不純物濃度が、nバリア領域12における不純物濃度よりも高い。このような構成とすることによって、pアノード領域14の厚みを小さくすることなく、順バイアスの印加時におけるnバリア領域12とアノード電極22の間の電位差を小さくすることが出来る。本実施例のダイオード2によれば、逆バイアスに対するリーチスルーを抑制し、耐圧を低下させることなく、スイッチング損失を低減することが出来る。   In the diode 2 of the present embodiment, the impurity concentration in the n pillar region 16 is higher than the impurity concentration in the n barrier region 12. With such a configuration, the potential difference between the n barrier region 12 and the anode electrode 22 when a forward bias is applied can be reduced without reducing the thickness of the p anode region 14. According to the diode 2 of the present embodiment, it is possible to suppress the reach-through with respect to the reverse bias and reduce the switching loss without lowering the breakdown voltage.

本実施例のダイオード2では、アノード電極22とnバリア領域12の間の電気的な接続に関して、ショットキー接合ではなく、ヘテロ接合を用いて、整流作用を実現している。一般に、ショットキー接合を用いて整流作用を実現する場合、その動作はショットキー接合の界面の品質に大きな影響を受ける。しかしながら、ショットキー接合の界面は製造時に品質のバラつきを生じやすい。これに対して、ヘテロ接合を用いて整流作用を実現する場合も、その動作はヘテロ接合の界面の品質に大きな影響を受けるが、ヘテロ接合の界面は製造時に品質のバラつきを生じにくい。本実施例のダイオード2によれば、製造時に品質のバラつきを生じにくい構造で、スイッチング損失を低減することができる。   In the diode 2 of the present embodiment, the rectifying action is realized by using a heterojunction instead of a Schottky junction for the electrical connection between the anode electrode 22 and the n barrier region 12. In general, when a rectifying action is realized using a Schottky junction, the operation is greatly affected by the quality of the interface of the Schottky junction. However, the quality of the Schottky junction interface is likely to vary during manufacturing. On the other hand, even when the rectifying action is realized using a heterojunction, the operation is greatly influenced by the quality of the interface of the heterojunction, but the heterojunction interface is unlikely to vary in quality during manufacturing. According to the diode 2 of the present embodiment, the switching loss can be reduced with a structure in which the quality does not easily vary during manufacture.

(実施例2)
図4に示すように、本実施例のダイオード32は、シリコンの半導体基板34を用いて形成されている。半導体基板34には、高濃度n型半導体領域であるnカソード領域6と、n型半導体領域であるnバッファ領域8と、低濃度n型半導体領域であるnドリフト領域10と、p型半導体領域であるp電界進展防止領域36と、n型半導体領域であるnバリア領域12と、p型半導体領域であるpアノード領域14が順に積層されている。本実施例では、p電界進展防止領域36の不純物濃度は1×1015〜1×1019[cm-3]程度である。また、p電界進展防止領域36の厚みは0.5〜3.0[μm]程度である。
(Example 2)
As shown in FIG. 4, the diode 32 of this embodiment is formed using a silicon semiconductor substrate 34. The semiconductor substrate 34 includes an n + cathode region 6 that is a high-concentration n-type semiconductor region, an n buffer region 8 that is an n-type semiconductor region, an n drift region 10 that is a low-concentration n-type semiconductor region, and a p-type. A p electric field progress preventing region 36 that is a semiconductor region, an n barrier region 12 that is an n type semiconductor region, and a p anode region 14 that is a p type semiconductor region are sequentially stacked. In the present embodiment, the impurity concentration of the p electric field progress preventing region 36 is about 1 × 10 15 to 1 × 10 19 [cm −3 ]. The thickness of the p electric field progress preventing region 36 is about 0.5 to 3.0 [μm].

半導体基板34の上側表面には、n型半導体領域であるnピラー領域16が、所定の間隔を隔てて複数形成されている。nピラー領域16は、pアノード領域14を貫通して、nバリア領域12の上側表面まで達するように形成されている。また、pアノード領域14の上側表面には、高濃度p型半導体領域であるpコンタクト領域18が所定の間隔を隔てて複数形成されている。 A plurality of n pillar regions 16, which are n type semiconductor regions, are formed on the upper surface of the semiconductor substrate 34 at a predetermined interval. The n pillar region 16 is formed so as to penetrate the p anode region 14 and reach the upper surface of the n barrier region 12. A plurality of p + contact regions 18 that are high-concentration p-type semiconductor regions are formed on the upper surface of the p anode region 14 at a predetermined interval.

半導体基板34の上側表面には、シリコンよりバンドギャップが小さい半導体からなるヘテロ半導体領域23が、nピラー領域16の上側表面を覆うように積層されている。ヘテロ半導体領域23とnピラー領域16はヘテロ接合界面24を介してヘテロ接合している。   On the upper surface of the semiconductor substrate 34, a hetero semiconductor region 23 made of a semiconductor having a smaller band gap than silicon is laminated so as to cover the upper surface of the n pillar region 16. The hetero semiconductor region 23 and the n pillar region 16 are heterojunction through the hetero junction interface 24.

半導体基板34の下側表面には、金属製のカソード電極20が形成されている。カソード電極20は、nカソード領域6とオーミック接合によって接合している。半導体基板34の上側表面には、金属製のアノード電極22が形成されている。アノード電極22は、pアノード領域14、pコンタクト領域18およびヘテロ半導体領域23とオーミック接合によって接合している。 A metal cathode electrode 20 is formed on the lower surface of the semiconductor substrate 34. The cathode electrode 20 is joined to the n + cathode region 6 by an ohmic junction. A metal anode electrode 22 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 34. The anode electrode 22 is joined to the p anode region 14, the p + contact region 18 and the hetero semiconductor region 23 through an ohmic junction.

ダイオード32の動作について説明する。アノード電極22とカソード電極20の間に順バイアスが印加されると、ヘテロ半導体領域23とnピラー領域16の間のヘテロ接合界面24を介して短絡する。nピラー領域16とnバリア領域12はほぼ同電位であるため、nバリア領域12とアノード電極22の電位差はヘテロ接合界面24での電圧降下とほぼ等しくなる。ヘテロ接合界面24での電圧降下は、pアノード領域14とnバリア領域12の間のpn接合のビルトイン電圧よりも十分に小さいので、pコンタクト領域18やpアノード領域14からnドリフト領域10への正孔の注入が抑制される。アノード電極22とカソード電極20の間には、ヘテロ半導体領域23、ヘテロ半導体領域23とnピラー領域16の間のヘテロ接合界面24、nピラー領域16、nバリア領域12、p電界進展防止領域36、nドリフト領域10、nバッファ領域8、nカソード領域6を経由する順電流が流れる。なお、nバリア領域12とp電界進展防止領域36の間にはpn接合が存在するが、p電界進展防止領域36のp型不純物濃度は低く、p電界進展防止領域36の厚みは薄いため、アノード電極22とカソード電極20の間の順電流に及ぼす影響は少ない。 The operation of the diode 32 will be described. When a forward bias is applied between the anode electrode 22 and the cathode electrode 20, a short circuit occurs via the heterojunction interface 24 between the hetero semiconductor region 23 and the n pillar region 16. Since the n pillar region 16 and the n barrier region 12 have substantially the same potential, the potential difference between the n barrier region 12 and the anode electrode 22 becomes substantially equal to the voltage drop at the heterojunction interface 24. Since the voltage drop at the heterojunction interface 24 is sufficiently smaller than the built-in voltage of the pn junction between the p anode region 14 and the n barrier region 12, the n drift region 10 extends from the p + contact region 18 and the p anode region 14. The injection of holes into the is suppressed. Between the anode electrode 22 and the cathode electrode 20, the hetero semiconductor region 23, the heterojunction interface 24 between the hetero semiconductor region 23 and the n pillar region 16, the n pillar region 16, the n barrier region 12, and the p electric field progress preventing region 36. , N drift region 10, n buffer region 8, and n + cathode region 6 forward current flows. Although a pn junction exists between the n barrier region 12 and the p electric field progress preventing region 36, the p type impurity concentration of the p electric field progress preventing region 36 is low and the thickness of the p electric field progress preventing region 36 is thin. The influence on the forward current between the anode electrode 22 and the cathode electrode 20 is small.

次いで、アノード電極22とカソード電極20の間の電圧が順バイアスから逆バイアスに切り替わると、ヘテロ半導体領域23とnピラー領域16の間のヘテロ接合界面24によって逆電流が制限される。また、nドリフト領域10とp電界進展防止領域36の間のpn接合によっても逆電流が制限される。上述したように、本実施例のダイオード32では、順バイアスの印加時においてpコンタクト領域18およびpアノード領域14からnドリフト領域10への正孔の注入が抑制されているから、逆回復電流が小さく、逆回復時間が短い。本実施例のダイオード32によれば、nドリフト領域10のライフタイム制御を行うことなく、スイッチング損失を小さくすることが出来る。 Next, when the voltage between the anode electrode 22 and the cathode electrode 20 is switched from the forward bias to the reverse bias, the reverse current is limited by the heterojunction interface 24 between the hetero semiconductor region 23 and the n pillar region 16. The reverse current is also limited by the pn junction between the n drift region 10 and the p electric field progress preventing region 36. As described above, in the diode 32 of the present embodiment, the injection of holes from the p + contact region 18 and the p anode region 14 to the n drift region 10 is suppressed when a forward bias is applied, and therefore reverse recovery is performed. Low current and short reverse recovery time. According to the diode 32 of this embodiment, the switching loss can be reduced without performing lifetime control of the n drift region 10.

また、本実施例のダイオード32では、アノード電極22とカソード電極20の間に逆バイアスが印加されると、ヘテロ半導体領域23とnピラー領域16の間のヘテロ接合界面24から伸びる空乏層だけでなく、pアノード領域14とnバリア領域12の間のpn接合の界面から伸びる空乏層と、nドリフト領域10とp電界進展防止領域36の間のpn接合の界面でも電界が分担される。これにより、ヘテロ半導体領域23とnピラー領域16の間のヘテロ接合界面24にかかる電界と、pアノード領域14とnバリア領域12の間のpn接合にかかる電界が軽減される。本実施例のダイオード32によれば、逆バイアスに対する耐圧を向上することが出来る。 In the diode 32 of this embodiment, when a reverse bias is applied between the anode electrode 22 and the cathode electrode 20, only the depletion layer extending from the heterojunction interface 24 between the hetero semiconductor region 23 and the n pillar region 16 is used. In addition, the electric field is also shared by the depletion layer extending from the pn junction interface between the p anode region 14 and the n barrier region 12 and the pn junction interface between the n drift region 10 and the p electric field progress preventing region 36. Thereby, the electric field applied to the heterojunction interface 24 between the hetero semiconductor region 23 and the n pillar region 16 and the electric field applied to the pn junction between the p anode region 14 and the n barrier region 12 are reduced. According to the diode 32 of the present embodiment, the breakdown voltage against the reverse bias can be improved.

図5は実施例1のダイオード2と実施例2のダイオード32について、逆バイアス印加時のリーク電流を比較したものである。図5から明らかなように、実施例2のダイオード32は、実施例1のダイオード2に比べて、逆バイアス印加時のリーク電流が低減されている。   FIG. 5 is a comparison of the leakage current when reverse bias is applied to the diode 2 of the first embodiment and the diode 32 of the second embodiment. As is apparent from FIG. 5, the diode 32 of the second embodiment has a reduced leakage current when a reverse bias is applied, as compared with the diode 2 of the first embodiment.

図6は実施例1のダイオード2と実施例2のダイオード32について、逆バイアス印加時の耐圧を比較したものである。図6から明らかなように、実施例2のダイオード32は、実施例1のダイオード2に比べて、逆バイアス印加時の耐圧が向上している。   FIG. 6 is a comparison of the withstand voltage when reverse bias is applied to the diode 2 of the first embodiment and the diode 32 of the second embodiment. As can be seen from FIG. 6, the diode 32 of the second embodiment has a higher breakdown voltage when a reverse bias is applied than the diode 2 of the first embodiment.

(実施例3)
図7に示すように、本実施例のダイオード42は、実施例1のダイオード2と同様に、シリコンの半導体基板4を用いて形成されている。半導体基板4には、高濃度n型半導体領域であるnカソード領域6と、n型半導体領域であるnバッファ領域8と、低濃度n型半導体領域であるnドリフト領域10と、n型半導体領域であるnバリア領域12と、p型半導体領域であるpアノード領域14が順に積層されている。半導体基板4の上側表面には、n型半導体領域であるnピラー領域16が、所定の間隔を隔てて複数形成されている。nピラー領域16は、pアノード領域14を貫通して、nバリア領域12の上側表面まで達するように形成されている。また、半導体基板4の上側には、複数のトレンチ44が所定の間隔で形成されている。それぞれのトレンチ44は、pアノード領域14の上側表面からnバリア領域12を貫通してnドリフト領域10の内部まで達している。トレンチ44の内部には、絶縁膜46によって被覆されたトレンチ電極48が充填されている。また、pアノード領域14の上側表面には、高濃度p型半導体領域であるpコンタクト領域18が所定の間隔を隔てて複数形成されている。
(Example 3)
As shown in FIG. 7, the diode 42 of the present embodiment is formed using a silicon semiconductor substrate 4 in the same manner as the diode 2 of the first embodiment. The semiconductor substrate 4 includes an n + cathode region 6 that is a high concentration n-type semiconductor region, an n buffer region 8 that is an n-type semiconductor region, an n drift region 10 that is a low-concentration n-type semiconductor region, and an n-type. An n barrier region 12 that is a semiconductor region and a p anode region 14 that is a p-type semiconductor region are sequentially stacked. A plurality of n-pillar regions 16 that are n-type semiconductor regions are formed on the upper surface of the semiconductor substrate 4 at a predetermined interval. The n pillar region 16 is formed so as to penetrate the p anode region 14 and reach the upper surface of the n barrier region 12. A plurality of trenches 44 are formed at predetermined intervals on the upper side of the semiconductor substrate 4. Each trench 44 penetrates the n barrier region 12 from the upper surface of the p anode region 14 and reaches the inside of the n drift region 10. The trench 44 is filled with a trench electrode 48 covered with an insulating film 46. A plurality of p + contact regions 18 that are high-concentration p-type semiconductor regions are formed on the upper surface of the p anode region 14 at a predetermined interval.

半導体基板4の上側表面には、シリコンよりバンドギャップが小さい半導体からなるヘテロ半導体領域23が、nピラー領域16の上側表面を覆うように積層されている。ヘテロ半導体領域23とnピラー領域16はヘテロ接合界面24を介してヘテロ接合している。   On the upper surface of the semiconductor substrate 4, a hetero semiconductor region 23 made of a semiconductor having a smaller band gap than silicon is laminated so as to cover the upper surface of the n pillar region 16. The hetero semiconductor region 23 and the n pillar region 16 are heterojunction through the hetero junction interface 24.

半導体基板4の下側表面には、金属製のカソード電極20が形成されている。カソード電極20は、nカソード領域6とオーミック接合によって接合している。半導体基板4の上側表面には、金属製のアノード電極22が形成されている。アノード電極22は、pアノード領域14、pコンタクト領域18およびヘテロ半導体領域23とオーミック接合によって接合している。 A metal cathode electrode 20 is formed on the lower surface of the semiconductor substrate 4. The cathode electrode 20 is joined to the n + cathode region 6 by an ohmic junction. A metal anode electrode 22 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 4. The anode electrode 22 is joined to the p anode region 14, the p + contact region 18 and the hetero semiconductor region 23 through an ohmic junction.

本実施例のダイオード42の動作は、実施例1のダイオード2の動作とほぼ同じである。本実施例のダイオード42では、アノード電極22とカソード電極20の間に逆バイアスが印加される際に、トレンチ電極48に印加される電圧を調整することで、耐圧を向上することができる。例えば、逆バイアスの印加時にトレンチ電極48とアノード電極22がほぼ同電位となるようにトレンチ電極48に印加される電圧を調整すると、nドリフト領域10の内部におけるトレンチ電極48の先端近傍の箇所に電界集中が生じ、これによって、ヘテロ半導体領域23とnピラー領域16の間のヘテロ接合界面24や、pアノード領域14とnバリア領域12の間のpn接合の界面にかかる電界が軽減される。なお、トレンチ電極48の電位は必ずしもアノード電極22と同電位にする必要はない。逆バイアスの印加時に、トレンチ電極48の電位を、カソード電極20の電位より低くなるようにすることで、ヘテロ半導体領域23とnピラー領域16の間のヘテロ接合界面24や、pアノード領域14とnバリア領域12の間のpn接合の界面にかかる電界を軽減することができる。本実施例のダイオード42によれば、逆バイアスに対する耐圧を向上することができる。 The operation of the diode 42 of the present embodiment is almost the same as the operation of the diode 2 of the first embodiment. In the diode 42 of the present embodiment, the withstand voltage can be improved by adjusting the voltage applied to the trench electrode 48 when a reverse bias is applied between the anode electrode 22 and the cathode electrode 20. For example, when the voltage applied to the trench electrode 48 is adjusted so that the trench electrode 48 and the anode electrode 22 have substantially the same potential when a reverse bias is applied, a location near the tip of the trench electrode 48 inside the n drift region 10. As a result, the electric field concentration occurs in the heterojunction interface 24 between the hetero semiconductor region 23 and the n pillar region 16 and the electric field applied to the pn junction interface between the p anode region 14 and the n barrier region 12. . Note that the potential of the trench electrode 48 is not necessarily the same as that of the anode electrode 22. By applying the reverse bias so that the potential of the trench electrode 48 becomes lower than the potential of the cathode electrode 20, the heterojunction interface 24 between the hetero semiconductor region 23 and the n pillar region 16, the p anode region 14, The electric field applied to the pn junction interface between the n barrier regions 12 can be reduced. According to the diode 42 of the present embodiment, the breakdown voltage against the reverse bias can be improved.

(実施例4)
図8に示すように、本実施例のダイオード52は、実施例2のダイオード32と同様に、シリコンの半導体基板34を用いて形成されている。半導体基板34には、高濃度n型半導体領域であるnカソード領域6と、n型半導体領域であるnバッファ領域8と、低濃度n型半導体領域であるnドリフト領域10と、p型半導体領域であるp電界進展防止領域36と、n型半導体領域であるnバリア領域12と、p型半導体領域であるpアノード領域14が順に積層されている。半導体基板34の上側表面には、n型半導体領域であるnピラー領域16が、所定の間隔を隔てて複数形成されている。nピラー領域16は、pアノード領域14を貫通して、nバリア領域12の上側表面まで達するように形成されている。また、半導体基板34の上側には、複数のトレンチ44が所定の間隔で形成されている。それぞれのトレンチ44は、pアノード領域14の上側表面からnバリア領域12とp電界進展防止領域36を貫通してnドリフト領域10の内部まで達している。トレンチ44の内部には、絶縁膜46によって被覆されたトレンチ電極48が充填されている。また、pアノード領域14の上側表面には、高濃度p型半導体領域であるpコンタクト領域18が所定の間隔を隔てて複数形成されている。
Example 4
As shown in FIG. 8, the diode 52 of this embodiment is formed using a silicon semiconductor substrate 34, similarly to the diode 32 of the second embodiment. The semiconductor substrate 34 includes an n + cathode region 6 that is a high-concentration n-type semiconductor region, an n buffer region 8 that is an n-type semiconductor region, an n drift region 10 that is a low-concentration n-type semiconductor region, and a p-type. A p electric field progress preventing region 36 that is a semiconductor region, an n barrier region 12 that is an n type semiconductor region, and a p anode region 14 that is a p type semiconductor region are sequentially stacked. A plurality of n pillar regions 16, which are n type semiconductor regions, are formed on the upper surface of the semiconductor substrate 34 at a predetermined interval. The n pillar region 16 is formed so as to penetrate the p anode region 14 and reach the upper surface of the n barrier region 12. A plurality of trenches 44 are formed at predetermined intervals on the upper side of the semiconductor substrate 34. Each trench 44 extends from the upper surface of the p anode region 14 to the inside of the n drift region 10 through the n barrier region 12 and the p electric field progress preventing region 36. The trench 44 is filled with a trench electrode 48 covered with an insulating film 46. A plurality of p + contact regions 18 that are high-concentration p-type semiconductor regions are formed on the upper surface of the p anode region 14 at a predetermined interval.

半導体基板34の上側表面には、シリコンよりバンドギャップが小さい半導体からなるヘテロ半導体領域23が、nピラー領域16の上側表面を覆うように積層されている。ヘテロ半導体領域23とnピラー領域16はヘテロ接合界面24を介してヘテロ接合している。   On the upper surface of the semiconductor substrate 34, a hetero semiconductor region 23 made of a semiconductor having a smaller band gap than silicon is laminated so as to cover the upper surface of the n pillar region 16. The hetero semiconductor region 23 and the n pillar region 16 are heterojunction through the hetero junction interface 24.

半導体基板34の下側表面には、金属製のカソード電極20が形成されている。カソード電極20は、nカソード領域6とオーミック接合によって接合している。半導体基板34の上側表面には、金属製のアノード電極22が形成されている。アノード電極22は、pアノード領域14、pコンタクト領域18およびヘテロ半導体領域23とオーミック接合によって接合している。 A metal cathode electrode 20 is formed on the lower surface of the semiconductor substrate 34. The cathode electrode 20 is joined to the n + cathode region 6 by an ohmic junction. A metal anode electrode 22 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 34. The anode electrode 22 is joined to the p anode region 14, the p + contact region 18 and the hetero semiconductor region 23 through an ohmic junction.

本実施例のダイオード52の動作は、実施例2のダイオード32の動作とほぼ同じである。本実施例のダイオード52では、実施例3のダイオード42と同様に、アノード電極22とカソード電極20の間に逆バイアスが印加される際に、トレンチ電極48に印加される電圧を調整することで、耐圧を向上することができる。例えば、逆バイアスの印加時にトレンチ電極48とアノード電極22がほぼ同電位となるようにトレンチ電極48に印加される電圧を調整すると、nドリフト領域10の内部におけるトレンチ電極48の先端近傍の箇所に電界集中が生じ、これによって、ヘテロ半導体領域23とnピラー領域16の間のヘテロ接合界面24や、pアノード領域14とnバリア領域12の間のpn接合の界面や、nドリフト領域10とp電界進展防止領域36の間のpn接合の界面にかかる電界が軽減される。本実施例のダイオード52によれば、逆バイアスに対する耐圧を向上することができる。 The operation of the diode 52 of the present embodiment is almost the same as the operation of the diode 32 of the second embodiment. In the diode 52 of the present embodiment, similarly to the diode 42 of the third embodiment, when a reverse bias is applied between the anode electrode 22 and the cathode electrode 20, the voltage applied to the trench electrode 48 is adjusted. The breakdown voltage can be improved. For example, when the voltage applied to the trench electrode 48 is adjusted so that the trench electrode 48 and the anode electrode 22 have substantially the same potential when a reverse bias is applied, a location near the tip of the trench electrode 48 inside the n drift region 10. As a result, an electric field concentration occurs in the heterojunction interface 24 between the hetero semiconductor region 23 and the n pillar region 16, a pn junction interface between the p anode region 14 and the n barrier region 12, and the n drift region 10. And the electric field applied to the interface of the pn junction between the p electric field progress preventing region 36 is reduced. According to the diode 52 of the present embodiment, the breakdown voltage against the reverse bias can be improved.

(実施例5)
図10に示すように、本実施例のダイオード62は、実施例4のダイオード52とほぼ同様の構成を備えている。本実施例のダイオード62では、nカソード領域6に、高濃度p型半導体領域であるpカソードショート領域64が、所定の間隔を隔てて複数形成されている点で、実施例4のダイオード52と異なる。本実施例では、pカソードショート領域64の不純物濃度は1×1017〜5×1020[cm-3]程度である。
(Example 5)
As shown in FIG. 10, the diode 62 of the present embodiment has a configuration substantially similar to that of the diode 52 of the fourth embodiment. In the diode 62 of the present embodiment, a plurality of p + cathode short regions 64 that are high-concentration p-type semiconductor regions are formed in the n + cathode region 6 at a predetermined interval. 52. In this embodiment, the impurity concentration of the p + cathode short region 64 is about 1 × 10 17 to 5 × 10 20 [cm −3 ].

本実施例のダイオード62の動作は、実施例4のダイオード52とほぼ同じである。本実施例のダイオード62では、アノード電極22とカソード電極20の間に順バイアスが印加される際に、pカソードショート領域64が形成されていることで、nカソード領域6からnドリフト領域10への電子の注入が抑制される。本実施例のダイオード62によれば、順バイアスの印加時において、pコンタクト領域18およびpアノード領域14からnドリフト領域10への正孔の注入が抑制されているだけでなく、nカソード領域6からnドリフト領域10への電子の注入も抑制されているので、逆回復電流をさらに小さくし、逆回復時間をさらに短くすることができる。本実施例のダイオード62によれば、さらにスイッチング損失を小さくすることが出来る。 The operation of the diode 62 of this embodiment is substantially the same as that of the diode 52 of the fourth embodiment. In the diode 62 of this embodiment, when a forward bias is applied between the anode electrode 22 and the cathode electrode 20, the p + cathode short region 64 is formed, so that the n drift from the n + cathode region 6 is formed. Electron injection into the region 10 is suppressed. According to the diode 62 of the present embodiment, not only the injection of holes from the p + contact region 18 and the p anode region 14 to the n drift region 10 is suppressed during forward bias application, but also n + Since the injection of electrons from the cathode region 6 to the n drift region 10 is also suppressed, the reverse recovery current can be further reduced and the reverse recovery time can be further shortened. According to the diode 62 of this embodiment, the switching loss can be further reduced.

なお、上記のようにpカソードショート領域64を設けることによる逆回復特性の改善は、他の形態のダイオードにおいても効果的である。すなわち、図10に示すダイオード66のように、実施例1のダイオード2において、nカソード領域6にpカソードショート領域64を設けた構成とすることもできるし、図11に示すダイオード68のように、実施例2のダイオード32において、nカソード領域6にpカソードショート領域64を設けた構成とすることもできるし、図12に示すダイオード70のように、実施例3のダイオード42において、nカソード領域6にpカソードショート領域64を設けた構成とすることもできる。 Note that the improvement of the reverse recovery characteristic by providing the p + cathode short region 64 as described above is also effective in other types of diodes. That is, like the diode 66 shown in FIG. 10, the diode 2 of the first embodiment can be configured such that the p + cathode short region 64 is provided in the n + cathode region 6, or the diode 68 shown in FIG. As described above, the diode 32 of the second embodiment may be configured such that the p + cathode short region 64 is provided in the n + cathode region 6, or the diode 42 of the third embodiment as in the diode 70 shown in FIG. 12. In this case, a p + cathode short region 64 may be provided in the n + cathode region 6.

(実施例6)
図13に示すように、本実施例の半導体装置72は、実施例3のダイオード42とほぼ同様の構成を備えている。半導体装置72では、pアノード領域14の上側表面において、トレンチ44に隣接する箇所に、高濃度n型半導体領域であるnエミッタ領域74が形成されている。本実施例では、nエミッタ領域74の不純物濃度は1×1017〜5×1020[cm-3]程度である。nエミッタ領域74は、アノード電極22とオーミック接合によって接合している。
(Example 6)
As shown in FIG. 13, the semiconductor device 72 of the present embodiment has a configuration substantially similar to that of the diode 42 of the third embodiment. In the semiconductor device 72, an n + emitter region 74 that is a high-concentration n-type semiconductor region is formed at a location adjacent to the trench 44 on the upper surface of the p anode region 14. In this embodiment, the impurity concentration of the n + emitter region 74 is about 1 × 10 17 to 5 × 10 20 [cm −3 ]. The n + emitter region 74 is joined to the anode electrode 22 through an ohmic junction.

本実施例の半導体装置72は、ドレイン電極に相当するカソード電極20と、ドレイン領域に相当するnカソード領域6と、nバッファ領域8と、nドリフト領域10と、ボディ領域に相当するpアノード領域14と、ソース領域に相当するnエミッタ領域74と、ソース電極に相当するアノード電極22と、nエミッタ領域74とnドリフト領域10の間のpアノード領域14に対して絶縁膜46を挟んで対向する、ゲート電極に相当するトレンチ電極48を備える縦型のMOSFETの構造を有している。 The semiconductor device 72 of this embodiment includes a cathode electrode 20 corresponding to a drain electrode, an n + cathode region 6 corresponding to a drain region, an n buffer region 8, an n drift region 10 and a p corresponding to a body region. an anode region 14, the n + emitter region 74 corresponding to the source region, an anode electrode 22 that corresponds to the source electrode, the n + emitter region 74 and the n - insulating film with respect to the p anode region 14 between the drift region 10 The structure of the vertical MOSFET provided with the trench electrode 48 corresponding to the gate electrode facing each other with the 46 interposed therebetween.

実施例3のダイオード42と同様に、本実施例の半導体装置72によれば、寄生ダイオードの逆回復特性を改善して、スイッチング損失を低減することができる。また、実施例3のダイオード42と同様に、本実施例の半導体装置72によれば、逆バイアスに対する耐圧を向上することができる。   Similar to the diode 42 of the third embodiment, according to the semiconductor device 72 of the present embodiment, the reverse recovery characteristic of the parasitic diode can be improved and the switching loss can be reduced. Further, similarly to the diode 42 of the third embodiment, the semiconductor device 72 of the present embodiment can improve the breakdown voltage against the reverse bias.

(実施例7)
図14に示すように、本実施例の半導体装置82は、実施例4のダイオード52とほぼ同様の構成を備えている。半導体装置82では、pアノード領域14の上側表面において、トレンチ44に隣接する箇所に、nエミッタ領域74が形成されている。nエミッタ領域74は、アノード電極22とオーミック接合によって接合している。
(Example 7)
As shown in FIG. 14, the semiconductor device 82 of the present embodiment has a configuration substantially similar to that of the diode 52 of the fourth embodiment. In the semiconductor device 82, an n + emitter region 74 is formed at a location adjacent to the trench 44 on the upper surface of the p anode region 14. The n + emitter region 74 is joined to the anode electrode 22 through an ohmic junction.

本実施例の半導体装置82は、ドレイン電極に相当するカソード電極20と、ドレイン領域に相当するnカソード領域6と、nバッファ領域8と、nドリフト領域10と、ボディ領域に相当するpアノード領域14と、ソース領域に相当するnエミッタ領域74と、ソース電極に相当するアノード電極22と、nエミッタ領域74とnドリフト領域10の間のpアノード領域14に対して絶縁膜46を挟んで対向する、ゲート電極に相当するトレンチ電極48を備える縦型のMOSFETの構造を有している。 The semiconductor device 82 of this example includes a cathode electrode 20 corresponding to a drain electrode, an n + cathode region 6 corresponding to a drain region, an n buffer region 8, an n drift region 10, and a p corresponding to a body region. an anode region 14, the n + emitter region 74 corresponding to the source region, an anode electrode 22 that corresponds to the source electrode, the n + emitter region 74 and the n - insulating film with respect to the p anode region 14 between the drift region 10 The structure of the vertical MOSFET provided with the trench electrode 48 corresponding to the gate electrode facing each other with the 46 interposed therebetween.

実施例4のダイオード52と同様に、本実施例の半導体装置82によれば、寄生ダイオードの逆回復特性を改善して、スイッチング損失を低減することができる。また、実施例4のダイオード52と同様に、本実施例の半導体装置82によれば、逆バイアスに対する耐圧を向上し、逆バイアス時のリーク電流を抑制することができる。   Similar to the diode 52 of the fourth embodiment, the semiconductor device 82 of the present embodiment can improve the reverse recovery characteristics of the parasitic diode and reduce the switching loss. Further, similarly to the diode 52 of the fourth embodiment, according to the semiconductor device 82 of the present embodiment, the breakdown voltage against the reverse bias can be improved and the leak current at the time of the reverse bias can be suppressed.

(実施例8)
図15に示すように、本実施例の半導体装置102は、シリコンの半導体基板104を用いて形成されている。半導体装置102は、IGBT領域106と、ダイオード領域108を備えている。IGBT領域106において、半導体基板104は、高濃度p型半導体領域であるpコレクタ領域110と、n型半導体領域であるnバッファ領域112と、低濃度n型半導体領域であるnドリフト領域114と、n型半導体領域であるnバリア領域116と、p型半導体領域であるpボディ領域118が順に積層されている。本実施例では、pコレクタ領域110の不純物濃度は1×1017〜5×1020[cm-3]程度であり、nバッファ領域112の不純物濃度は1×1016〜1×1019[cm-3]程度であり、nドリフト領域114の不純物濃度は1×1012〜1×1015[cm-3]程度であり、nバリア領域116の不純物濃度は1×1015〜1×1018[cm-3]程度であり、pボディ領域118の不純物濃度は1×1016〜1×1019[cm-3]程度である。また、nバリア領域116の厚みは0.5〜3.0[μm]程度である。ダイオード領域108において、半導体基板104は、高濃度n型半導体領域であるnカソード領域120と、nバッファ領域112と、nドリフト領域114と、nバリア領域122と、p型半導体領域であるpアノード領域124が順に積層されている。本実施例では、nカソード領域120の不純物濃度は1×1017〜5×1020[cm-3]程度であり、nバリア領域122の不純物濃度は1×1015〜1×1018[cm-3]程度であり、pアノード領域124の不純物濃度は1×1016〜1×1019[cm-3]程度である。また、nバリア領域122の厚みは0.5〜3.0[μm]程度である。半導体基板4の上側には、複数のトレンチ126が所定の間隔で形成されている。
(Example 8)
As shown in FIG. 15, the semiconductor device 102 of this embodiment is formed using a silicon semiconductor substrate 104. The semiconductor device 102 includes an IGBT region 106 and a diode region 108. In the IGBT region 106, the semiconductor substrate 104 includes a p + collector region 110 that is a high concentration p-type semiconductor region, an n buffer region 112 that is an n type semiconductor region, and an n drift region 114 that is a low concentration n type semiconductor region. In addition, an n barrier region 116 that is an n-type semiconductor region and a p body region 118 that is a p-type semiconductor region are sequentially stacked. In this embodiment, the impurity concentration of the p + collector region 110 is about 1 × 10 17 to 5 × 10 20 [cm −3 ], and the impurity concentration of the n buffer region 112 is 1 × 10 16 to 1 × 10 19 [ cm −3 ], the impurity concentration of the n drift region 114 is about 1 × 10 12 to 1 × 10 15 [cm −3 ], and the impurity concentration of the n barrier region 116 is 1 × 10 15 to 1 ×. 10 18 is approximately [cm -3], the impurity concentration of the p-body region 118 is approximately 1 × 10 16 ~1 × 10 19 [cm -3]. The thickness of the n barrier region 116 is about 0.5 to 3.0 [μm]. In the diode region 108, the semiconductor substrate 104 is an n + cathode region 120 that is a high concentration n-type semiconductor region, an n buffer region 112, an n drift region 114, an n barrier region 122, and a p-type semiconductor region. The p anode region 124 is sequentially stacked. In this embodiment, the impurity concentration of the n + cathode region 120 is about 1 × 10 17 to 5 × 10 20 [cm −3 ], and the impurity concentration of the n barrier region 122 is 1 × 10 15 to 1 × 10 18 [ cm −3 ], and the impurity concentration of the p anode region 124 is about 1 × 10 16 to 1 × 10 19 [cm −3 ]. The thickness of the n barrier region 122 is about 0.5 to 3.0 [μm]. A plurality of trenches 126 are formed at predetermined intervals on the upper side of the semiconductor substrate 4.

IGBT領域106において、トレンチ126は、pボディ領域118の上側表面からnバリア領域116を貫通して、nドリフト領域114の内部まで達している。トレンチ126の内部には、絶縁膜128で被覆されたゲート電極130が充填されている。pボディ領域118の上側表面において、トレンチ126に隣接する箇所には、高濃度n型半導体領域であるnエミッタ領域132が形成されている。nエミッタ領域132の不純物濃度は1×1017〜5×1020[cm-3]程度である。また、pボディ領域118の上側表面には、n型半導体領域であるnピラー領域134が形成されている。nピラー領域134の不純物濃度は1×1016〜1×1019[cm-3]程度である。nピラー領域134は、pボディ領域118を貫通して、nバリア領域116の上側表面まで達するように形成されている。さらに、pボディ領域118の上側表面には、高濃度p型半導体領域であるpコンタクト領域136が形成されている。pコンタクト領域136の不純物濃度は1×1017〜1×1020[cm-3]程度である。 In IGBT region 106, trench 126 extends from the upper surface of p body region 118 through n barrier region 116 to the inside of n drift region 114. The trench 126 is filled with a gate electrode 130 covered with an insulating film 128. On the upper surface of p body region 118, n + emitter region 132, which is a high concentration n-type semiconductor region, is formed at a location adjacent to trench 126. The impurity concentration of the n + emitter region 132 is about 1 × 10 17 to 5 × 10 20 [cm −3 ]. An n-pillar region 134 that is an n-type semiconductor region is formed on the upper surface of the p body region 118. The impurity concentration of the n pillar region 134 is about 1 × 10 16 to 1 × 10 19 [cm −3 ]. N pillar region 134 is formed so as to penetrate p body region 118 and reach the upper surface of n barrier region 116. Further, on the upper surface of the p body region 118, ap + contact region 136 which is a high concentration p-type semiconductor region is formed. The impurity concentration of the p + contact region 136 is about 1 × 10 17 to 1 × 10 20 [cm −3 ].

ダイオード領域108において、トレンチ126は、pアノード領域124の上側表面からnバリア領域122を貫通して、nドリフト領域114の内部まで達している。トレンチ126の内部には、絶縁膜138で被覆されたゲート電極140が充填されている。pアノード領域124の上側表面には、n型半導体領域であるnピラー領域142が形成されている。nピラー領域142の不純物濃度は1×1016〜1×1019[cm-3]程度である。nピラー領域142は、pアノード領域124を貫通して、nバリア領域122の上側表面まで達するように形成されている。また、pアノード領域124の上側表面には、高濃度p型半導体領域であるpコンタクト領域144が形成されている。pコンタクト領域144の不純物濃度は1×1017〜1×1020[cm-3]程度である。 In the diode region 108, the trench 126 penetrates the n barrier region 122 from the upper surface of the p anode region 124 and reaches the inside of the n drift region 114. The trench 126 is filled with a gate electrode 140 covered with an insulating film 138. On the upper surface of the p anode region 124, an n pillar region 142 which is an n type semiconductor region is formed. The impurity concentration of the n pillar region 142 is about 1 × 10 16 to 1 × 10 19 [cm −3 ]. The n pillar region 142 is formed so as to penetrate the p anode region 124 and reach the upper surface of the n barrier region 122. A p + contact region 144 that is a high concentration p-type semiconductor region is formed on the upper surface of the p anode region 124. The impurity concentration of the p + contact region 144 is about 1 × 10 17 to 1 × 10 20 [cm −3 ].

半導体基板104の上側表面には、シリコンよりバンドギャップが小さい半導体からなるヘテロ半導体領域149、151が積層されている。IGBT領域106では、ヘテロ半導体領域149がnピラー領域134の上側表面を覆うように積層されている。ヘテロ半導体領域149とnピラー領域134はヘテロ接合界面150を介してヘテロ接合している。ダイオード領域108では、ヘテロ半導体領域151がnピラー領域142の上側表面を覆うように積層されている。ヘテロ半導体領域151とnピラー領域142はヘテロ接合界面152を介してヘテロ接合している。本実施例では、ヘテロ半導体領域149、151は、例えば不純物としてリンが添加されたn型のゲルマニウムからなる。ヘテロ半導体領域149、151は、例えば半導体基板104の上側表面にゲルマニウムをエピタキシャル成長によって積層し、積層されたゲルマニウムをトリミングすることによって形成される。   On the upper surface of the semiconductor substrate 104, hetero semiconductor regions 149 and 151 made of a semiconductor having a smaller band gap than silicon are stacked. In the IGBT region 106, the hetero semiconductor region 149 is laminated so as to cover the upper surface of the n pillar region 134. The hetero semiconductor region 149 and the n pillar region 134 are heterojunction through the hetero junction interface 150. In the diode region 108, the hetero semiconductor region 151 is stacked so as to cover the upper surface of the n pillar region 142. The hetero semiconductor region 151 and the n pillar region 142 are heterojunction through the hetero junction interface 152. In this embodiment, the hetero semiconductor regions 149 and 151 are made of, for example, n-type germanium to which phosphorus is added as an impurity. The hetero semiconductor regions 149 and 151 are formed, for example, by stacking germanium on the upper surface of the semiconductor substrate 104 by epitaxial growth and trimming the stacked germanium.

半導体基板104の下側表面には、金属製のコレクタ/カソード電極146が形成されている。コレクタ/カソード電極146は、pコレクタ領域110およびnカソード領域120とオーミック接合によって接合している。コレクタ/カソード電極146は、IGBT領域106においてはコレクタ電極として機能し、ダイオード領域108においてはカソード電極として機能する。 A metal collector / cathode electrode 146 is formed on the lower surface of the semiconductor substrate 104. The collector / cathode electrode 146 is joined to the p + collector region 110 and the n + cathode region 120 through an ohmic junction. The collector / cathode electrode 146 functions as a collector electrode in the IGBT region 106 and functions as a cathode electrode in the diode region 108.

半導体基板104の上側表面には、金属製のエミッタ/アノード電極148が形成されている。エミッタ/アノード電極148は、IGBT領域106のnエミッタ領域132、pコンタクト領域136およびヘテロ半導体領域149、およびダイオード領域108のpコンタクト領域144およびヘテロ半導体領域151とオーミック接合によって接合している。エミッタ/アノード電極148は、IGBT領域106においてはエミッタ電極として機能し、ダイオード領域108においてはアノード電極として機能する。 A metal emitter / anode electrode 148 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 104. The emitter / anode electrode 148 is joined to the n + emitter region 132, the p + contact region 136 and the hetero semiconductor region 149 of the IGBT region 106, and the p + contact region 144 and the hetero semiconductor region 151 of the diode region 108 through an ohmic junction. Yes. The emitter / anode electrode 148 functions as an emitter electrode in the IGBT region 106 and functions as an anode electrode in the diode region 108.

IGBT領域106のゲート電極130は図示しない第1ゲート電極端子に導通している。ダイオード領域108のゲート電極140は、図示しない第2ゲート電極端子に導通している。   The gate electrode 130 of the IGBT region 106 is electrically connected to a first gate electrode terminal (not shown). The gate electrode 140 of the diode region 108 is electrically connected to a second gate electrode terminal (not shown).

以上のように、半導体装置102は、トレンチ型のIGBTとして機能するIGBT領域106とフリーホイーリングダイオードとして機能するダイオード領域108が逆並列に接続された構造を有している。   As described above, the semiconductor device 102 has a structure in which the IGBT region 106 that functions as a trench IGBT and the diode region 108 that functions as a freewheeling diode are connected in antiparallel.

半導体装置102の動作について説明する。ゲート電極130に電圧が印加されておらず、従ってIGBT領域106が駆動していない場合には、IGBT領域106は寄生ダイオードとして機能する。この状態で、エミッタ/アノード電極148とコレクタ/カソード電極146の間に順バイアスが印加されると、ダイオード領域108では、ヘテロ半導体領域151とnピラー領域142の間のヘテロ接合界面152を介して短絡する。nピラー領域142とnバリア領域122はほぼ同電位であるため、nバリア領域122とエミッタ/アノード電極148の電位差はヘテロ接合界面152での電圧降下とほぼ等しくなる。ヘテロ接合界面152での電圧降下は、pアノード領域124とnバリア領域122の間のpn接合のビルトイン電圧よりも十分に小さいので、pコンタクト領域144やpアノード領域124からnドリフト領域114への正孔の注入が抑制される。IGBT領域106では、ヘテロ半導体領域149とnピラー領域134の間のヘテロ接合界面150を介して短絡する。nピラー領域134とnバリア領域116はほぼ同電位であるため、nバリア領域116とエミッタ/アノード電極148の電位差はヘテロ接合界面150での電圧降下とほぼ等しくなる。ヘテロ接合界面150での電圧降下は、pボディ領域118とnバリア領域116の間のpn接合のビルトイン電圧よりも十分に小さいので、pコンタクト領域136やpボディ領域118からnドリフト領域114への正孔の注入が抑制される。エミッタ/アノード電極148とコレクタ/カソード電極146の間には、主にダイオード領域108のヘテロ半導体領域151、ヘテロ半導体領域151とnピラー領域142の間のヘテロ接合界面152、nピラー領域142、nバリア領域122、nドリフト領域114、nバッファ領域112、nカソード領域120を経由する順電流と、IGBT領域106のヘテロ半導体領域149、ヘテロ半導体領域149とnピラー領域134の間のヘテロ接合界面150、nピラー領域134、nバリア領域116、nドリフト領域114、nバッファ領域112、nカソード領域120を経由する順電流が流れる。 An operation of the semiconductor device 102 will be described. When no voltage is applied to the gate electrode 130 and thus the IGBT region 106 is not driven, the IGBT region 106 functions as a parasitic diode. In this state, when a forward bias is applied between the emitter / anode electrode 148 and the collector / cathode electrode 146, the diode region 108 passes through the heterojunction interface 152 between the hetero semiconductor region 151 and the n pillar region 142. Short circuit. Since the n pillar region 142 and the n barrier region 122 have substantially the same potential, the potential difference between the n barrier region 122 and the emitter / anode electrode 148 becomes substantially equal to the voltage drop at the heterojunction interface 152. Since the voltage drop at the heterojunction interface 152 is sufficiently smaller than the built-in voltage of the pn junction between the p anode region 124 and the n barrier region 122, the n drift region 114 from the p + contact region 144 and the p anode region 124. The injection of holes into the is suppressed. The IGBT region 106 is short-circuited via the heterojunction interface 150 between the hetero semiconductor region 149 and the n pillar region 134. Since the n pillar region 134 and the n barrier region 116 have substantially the same potential, the potential difference between the n barrier region 116 and the emitter / anode electrode 148 becomes substantially equal to the voltage drop at the heterojunction interface 150. Since the voltage drop at the heterojunction interface 150 is sufficiently smaller than the built-in voltage of the pn junction between the p body region 118 and the n barrier region 116, the n drift region 114 from the p + contact region 136 and the p body region 118. The injection of holes into the is suppressed. Between the emitter / anode electrode 148 and the collector / cathode electrode 146, the hetero semiconductor region 151 of the diode region 108, the heterojunction interface 152 between the hetero semiconductor region 151 and the n pillar region 142, the n pillar region 142, n Forward current passing through the barrier region 122, the n drift region 114, the n buffer region 112, and the n + cathode region 120, and the hetero semiconductor region 149 of the IGBT region 106, and the heterojunction between the hetero semiconductor region 149 and the n pillar region 134 A forward current flows through the interface 150, the n pillar region 134, the n barrier region 116, the n drift region 114, the n buffer region 112, and the n + cathode region 120.

次いで、エミッタ/アノード電極148とコレクタ/カソード電極146の間の電圧が順バイアスから逆バイアスに切り替わると、ダイオード領域108ではヘテロ接合界面152によって、IGBT領域106ではヘテロ接合界面150によって、逆電流が制限される。上述したように、ダイオード領域108では、順バイアスの印加時においてpコンタクト領域144およびpアノード領域124からnドリフト領域114への正孔の注入が抑制されており、IGBT領域106では、順バイアスの印加時においてpコンタクト領域136およびpボディ領域118からnドリフト領域114への正孔の注入が抑制されている。従って、半導体装置102は、逆回復電流が小さく、逆回復時間が短い。本実施例の半導体装置102によれば、nドリフト領域114のライフタイム制御を行うことなく、スイッチング損失を小さくすることが出来る。 Next, when the voltage between the emitter / anode electrode 148 and the collector / cathode electrode 146 switches from forward bias to reverse bias, reverse current is generated by the heterojunction interface 152 in the diode region 108 and by the heterojunction interface 150 in the IGBT region 106. Limited. As described above, in the diode region 108, injection of holes from the p + contact region 144 and the p anode region 124 to the n drift region 114 is suppressed when a forward bias is applied. When a bias is applied, injection of holes from the p + contact region 136 and the p body region 118 to the n drift region 114 is suppressed. Therefore, the semiconductor device 102 has a small reverse recovery current and a short reverse recovery time. According to the semiconductor device 102 of this embodiment, the switching loss can be reduced without performing lifetime control of the n drift region 114.

また、本実施例の半導体装置102では、エミッタ/アノード電極148とコレクタ/カソード電極146の間に逆バイアスが印加されると、IGBT領域106では、ヘテロ接合界面150から伸びる空乏層だけでなく、pボディ領域118とnバリア領域116の間のpn接合の界面から伸びる空乏層によっても電界が分担される。さらに、nドリフト領域114のトレンチ126の先端部近傍に電界が集中することで、ヘテロ接合界面150にかかる電界と、pボディ領域118とnバリア領域116の間のpn接合にかかる電界が軽減される。同様に、エミッタ/アノード電極148とコレクタ/カソード電極146の間に逆バイアスが印加されると、ダイオード領域108では、ヘテロ接合界面152から伸びる空乏層だけでなく、pアノード領域124とnバリア領域122の間のpn接合の界面から伸びる空乏層によっても電界が分担される。さらに、nドリフト領域114のトレンチ126の先端部近傍に電界が集中することで、ヘテロ接合界面152にかかる電界と、pアノード領域124とnバリア領域122の間のpn接合にかかる電界が軽減される。本実施例の半導体装置102によれば、逆バイアスに対する耐圧を向上することができる。 Further, in the semiconductor device 102 of this embodiment, when a reverse bias is applied between the emitter / anode electrode 148 and the collector / cathode electrode 146, the IGBT region 106 not only has a depletion layer extending from the heterojunction interface 150, The electric field is also shared by the depletion layer extending from the pn junction interface between p body region 118 and n barrier region 116. Furthermore, the electric field is concentrated near the tip of the trench 126 in the n drift region 114, thereby reducing the electric field applied to the heterojunction interface 150 and the pn junction between the p body region 118 and the n barrier region 116. Is done. Similarly, when a reverse bias is applied between the emitter / anode electrode 148 and the collector / cathode electrode 146, in the diode region 108, not only the depletion layer extending from the heterojunction interface 152 but also the p anode region 124 and the n barrier region. The electric field is also shared by the depletion layer extending from the interface of the pn junction 122. Furthermore, the electric field is concentrated near the tip of the trench 126 in the n drift region 114, thereby reducing the electric field applied to the heterojunction interface 152 and the electric field applied to the pn junction between the p anode region 124 and the n barrier region 122. Is done. According to the semiconductor device 102 of the present embodiment, the breakdown voltage against the reverse bias can be improved.

(実施例9)
図16に示すように、本実施例の半導体装置162は、実施例8の半導体装置102とほぼ同様の構成を備えている。半導体装置162は、シリコンの半導体基板164を用いて形成されている。半導体基板164は、実施例8の半導体基板104とほぼ同様の構成を備えている。半導体基板164では、IGBT領域106において、nドリフト領域114とnバリア領域116の間に、p型半導体領域であるp電界進展防止領域166が形成されており、ダイオード領域108において、nドリフト領域114とnバリア領域122の間に、p型半導体領域であるp電界進展防止領域168が形成されている。p電界進展防止領域166およびp電界進展防止領域168の不純物濃度は1×1015〜1×1019[cm-3]程度である。また、p電界進展防止領域166およびp電界進展防止領域168の厚みは0.5〜3.0[μm]程度である。IGBT領域106において、トレンチ126は、pボディ領域118の上側表面からnバリア領域116およびp電界進展防止領域166を貫通して、nドリフト領域114の内部まで達している。ダイオード領域108において、トレンチ126は、pアノード領域124の上側表面からnバリア領域122およびp電界進展防止領域168を貫通して、nドリフト領域114の内部まで達している。
Example 9
As shown in FIG. 16, the semiconductor device 162 of this example has a configuration substantially similar to that of the semiconductor device 102 of Example 8. The semiconductor device 162 is formed using a silicon semiconductor substrate 164. The semiconductor substrate 164 has substantially the same configuration as the semiconductor substrate 104 of the eighth embodiment. In the semiconductor substrate 164, in the IGBT region 106, a p electric field progress prevention region 166 that is a p-type semiconductor region is formed between the n drift region 114 and the n barrier region 116, and in the diode region 108, the n drift A p electric field progress preventing region 168 which is a p-type semiconductor region is formed between the region 114 and the n barrier region 122. The impurity concentration of the p electric field progress preventing region 166 and the p electric field progress preventing region 168 is about 1 × 10 15 to 1 × 10 19 [cm −3 ]. The thickness of the p electric field progress preventing region 166 and the p electric field progress preventing region 168 is about 0.5 to 3.0 [μm]. In IGBT region 106, trench 126 penetrates n barrier region 116 and p electric field progress preventing region 166 from the upper surface of p body region 118 and reaches the inside of n drift region 114. In the diode region 108, the trench 126 penetrates the n barrier region 122 and the p electric field progress preventing region 168 from the upper surface of the p anode region 124 and reaches the inside of the n drift region 114.

本実施例の半導体装置162によれば、実施例8の半導体装置102と同様に、エミッタ/アノード電極148とコレクタ/カソード電極146の間に順バイアスが印加される際に、ダイオード領域108では、pコンタクト領域144およびpアノード領域124からnドリフト領域114への正孔の注入が抑制されており、IGBT領域106では、pコンタクト領域136およびpボディ領域118からnドリフト領域114への正孔の注入が抑制されている。従って、順バイアスから逆バイアスへ切り換わる際の、逆回復電流を小さくし、逆回復時間を短くすることができる。スイッチング損失を小さくすることが出来る。 According to the semiconductor device 162 of the present embodiment, when the forward bias is applied between the emitter / anode electrode 148 and the collector / cathode electrode 146, as in the semiconductor device 102 of the eighth embodiment, The injection of holes from the p + contact region 144 and the p anode region 124 to the n drift region 114 is suppressed. In the IGBT region 106, the p + contact region 136 and the p body region 118 to the n drift region 114. Hole injection is suppressed. Therefore, the reverse recovery current when switching from the forward bias to the reverse bias can be reduced, and the reverse recovery time can be shortened. Switching loss can be reduced.

また、本実施例の半導体装置162によれば、エミッタ/アノード電極148とコレクタ/カソード電極146の間に逆バイアスが印加されると、IGBT領域106では、ヘテロ接合界面150から伸びる空乏層だけでなく、pボディ領域118とnバリア領域116の間のpn接合の界面から伸びる空乏層と、nドリフト領域114とp電界進展防止領域166の間のpn接合の界面から伸びる空乏層によっても電界が分担される。さらに、nドリフト領域114のトレンチ126の先端部近傍に電界が集中することで、ヘテロ接合界面150にかかる電界と、pボディ領域118とnバリア領域116の間のpn接合にかかる電界と、nドリフト領域114とp電界進展防止領域166の間のpn接合にかかる電界が軽減される。同様に、エミッタ/アノード電極148とコレクタ/カソード電極146の間に逆バイアスが印加されると、ダイオード領域108では、ヘテロ接合界面152から伸びる空乏層だけでなく、pアノード領域124とnバリア領域122の間のpn接合の界面から伸びる空乏層と、nドリフト領域114とp電界進展防止領域168の間のpn接合の界面から伸びる空乏層によっても電界が分担される。さらに、nドリフト領域114のトレンチ126の先端部近傍に電界が集中することで、ヘテロ接合界面152にかかる電界と、pアノード領域124とnバリア領域122の間のpn接合にかかる電界と、nドリフト領域114とp電界進展防止領域168の間のpn接合にかかる電界が軽減される。本実施例の半導体装置162によれば、逆バイアスに対する耐圧を向上することができる。 Further, according to the semiconductor device 162 of the present embodiment, when a reverse bias is applied between the emitter / anode electrode 148 and the collector / cathode electrode 146, the IGBT region 106 has only a depletion layer extending from the heterojunction interface 150. The depletion layer extending from the pn junction interface between the p body region 118 and the n barrier region 116 and the depletion layer extending from the pn junction interface between the n drift region 114 and the p electric field progress prevention region 166 Is shared. Further, the electric field is concentrated near the tip of the trench 126 in the n drift region 114, so that the electric field applied to the heterojunction interface 150 and the electric field applied to the pn junction between the p body region 118 and the n barrier region 116, The electric field applied to the pn junction between n drift region 114 and p electric field progress prevention region 166 is reduced. Similarly, when a reverse bias is applied between the emitter / anode electrode 148 and the collector / cathode electrode 146, in the diode region 108, not only the depletion layer extending from the heterojunction interface 152 but also the p anode region 124 and the n barrier region. The electric field is also shared by the depletion layer extending from the pn junction interface 122 between the n - drift region 114 and the p pn junction preventing region 168 extending from the pn junction interface. Furthermore, the electric field is concentrated near the tip of the trench 126 in the n drift region 114, so that the electric field applied to the heterojunction interface 152 and the electric field applied to the pn junction between the p anode region 124 and the n barrier region 122, The electric field applied to the pn junction between n drift region 114 and p electric field progress prevention region 168 is reduced. According to the semiconductor device 162 of this embodiment, the breakdown voltage against the reverse bias can be improved.

また、本実施例の半導体装置162によれば、エミッタ/アノード電極148とコレクタ/カソード電極146の間に逆バイアスが印加される際に、ダイオード領域108ではp電界進展防止領域168とnバリア領域122の間のpn接合によって逆電流が制限されるので、ヘテロ接合界面152を通過するリーク電流が低減し、IGBT領域106では、p電界進展防止領域166とnバリア領域116の間のpn接合によって逆電流が制限されるので、ヘテロ接合界面150を通過するリーク電流が低減する。本実施例の半導体装置162によれば、逆バイアス印加時のリーク電流を低減することができる。   Further, according to the semiconductor device 162 of the present embodiment, when a reverse bias is applied between the emitter / anode electrode 148 and the collector / cathode electrode 146, the p-field progress preventing region 168 and the n barrier region are formed in the diode region 108. Since the reverse current is limited by the pn junction between 122, the leakage current passing through the heterojunction interface 152 is reduced. In the IGBT region 106, the pn junction between the p electric field progress preventing region 166 and the n barrier region 116 is reduced. Since the reverse current is limited, the leakage current passing through the heterojunction interface 150 is reduced. According to the semiconductor device 162 of this embodiment, it is possible to reduce a leakage current when a reverse bias is applied.

さらに、本実施例の半導体装置162では、IGBT領域106のゲート電極130に電圧を印加してIGBT領域106を駆動する場合に、IGBT領域106においてコレクタ/カソード電極146からエミッタ/アノード電極148へ流れる電流がp電界進展防止領域166によって抑制されるため、IGBT領域106の飽和電流を低減することが出来る。   Further, in the semiconductor device 162 of the present embodiment, when the IGBT region 106 is driven by applying a voltage to the gate electrode 130 of the IGBT region 106, the current flows from the collector / cathode electrode 146 to the emitter / anode electrode 148 in the IGBT region 106. Since the current is suppressed by the p electric field progress preventing region 166, the saturation current of the IGBT region 106 can be reduced.

(実施例10)
図17に示すように、本実施例の半導体装置172は、実施例8の半導体装置102とほぼ同様の構成を備えている。本実施例の半導体装置172では、ダイオード領域108のnカソード領域120に、高濃度p型半導体領域であるpカソードショート領域174が、所定の間隔を隔てて複数形成されている点で、実施例8の半導体装置102と異なる。本実施例では、pカソードショート領域174の不純物濃度は1×1017〜5×1020[cm-3]程度である。本実施例の半導体装置172によれば、順バイアスの印加時において、nカソード領域120からnドリフト領域114への電子の注入が抑制されているので、実施例8の半導体装置102に比べて、逆回復電流をさらに小さくし、逆回復時間をさらに短くすることができる。本実施例の半導体装置172によれば、さらにスイッチング損失を小さくすることが出来る。
(Example 10)
As shown in FIG. 17, the semiconductor device 172 of this example has a configuration substantially similar to that of the semiconductor device 102 of Example 8. In the semiconductor device 172 of the present embodiment, a plurality of p + cathode short regions 174 that are high-concentration p-type semiconductor regions are formed in the n + cathode region 120 of the diode region 108 at a predetermined interval. Different from the semiconductor device 102 of the eighth embodiment. In this embodiment, the impurity concentration of the p + cathode short region 174 is about 1 × 10 17 to 5 × 10 20 [cm −3 ]. According to the semiconductor device 172 of the present embodiment, since the injection of electrons from the n + cathode region 120 to the n drift region 114 is suppressed when a forward bias is applied, compared to the semiconductor device 102 of the eighth embodiment. Thus, the reverse recovery current can be further reduced and the reverse recovery time can be further shortened. According to the semiconductor device 172 of this embodiment, the switching loss can be further reduced.

(実施例11)
図18に示すように、本実施例の半導体装置182は、実施例9の半導体装置162とほぼ同様の構成を備えている。本実施例の半導体装置182では、ダイオード領域108のnカソード領域120に、pカソードショート領域174が、所定の間隔を隔てて複数形成されている点で、実施例9の半導体装置162と異なる。本実施例の半導体装置182によれば、順バイアスの印加時において、nカソード領域120からnドリフト領域114への電子の注入が抑制されているので、実施例9の半導体装置162に比べて、逆回復電流をさらに小さくし、逆回復時間をさらに短くすることができる。本実施例の半導体装置182によれば、さらにスイッチング損失を小さくすることが出来る。
(Example 11)
As shown in FIG. 18, the semiconductor device 182 of the present example has substantially the same configuration as the semiconductor device 162 of the ninth example. The semiconductor device 182 of the present embodiment is different from the semiconductor device 162 of the ninth embodiment in that a plurality of p + cathode short regions 174 are formed at predetermined intervals in the n + cathode region 120 of the diode region 108. Different. According to the semiconductor device 182 of the present embodiment, since the injection of electrons from the n + cathode region 120 to the n drift region 114 is suppressed when a forward bias is applied, compared to the semiconductor device 162 of the ninth embodiment. Thus, the reverse recovery current can be further reduced and the reverse recovery time can be further shortened. According to the semiconductor device 182 of this embodiment, the switching loss can be further reduced.

(実施例12)
図19に示すように、本実施例の半導体装置202は、シリコンの半導体基板204を用いて形成されている。半導体基板204は、高濃度n型半導体領域であるnカソード領域206と、n型半導体領域であるnバッファ領域208と、低濃度n型半導体領域であるnドリフト領域210が順に積層されている。本実施例では、nカソード領域206の不純物濃度は1×1017〜5×1020[cm-3]程度であり、nバッファ領域208の不純物濃度は1×1016〜1×1019[cm-3]程度であり、nドリフト領域210の不純物濃度は1×1012〜1×1015[cm-3]程度である。
(Example 12)
As shown in FIG. 19, the semiconductor device 202 of this embodiment is formed using a silicon semiconductor substrate 204. The semiconductor substrate 204 includes an n + cathode region 206 that is a high concentration n-type semiconductor region, an n buffer region 208 that is an n-type semiconductor region, and an n drift region 210 that is a low-concentration n-type semiconductor region. Yes. In this embodiment, the impurity concentration of the n + cathode region 206 is about 1 × 10 17 to 5 × 10 20 [cm −3 ], and the impurity concentration of the n buffer region 208 is 1 × 10 16 to 1 × 10 19 [ cm −3 ], and the impurity concentration of the n drift region 210 is about 1 × 10 12 to 1 × 10 15 [cm −3 ].

ドリフト領域210の上側表面には、n型半導体領域であるnバリア領域212が、所定の間隔を隔てて複数形成されている。nバリア領域212の上型表面には、p型半導体領域であるpアノード領域214が部分的に形成されている。pアノード領域214の上側表面には、n型半導体領域であるnピラー領域216が形成されている。nピラー領域216は、pアノード領域214を貫通して、nバリア領域212の上側表面まで達するように形成されている。また、pアノード領域214の上側表面には、高濃度p型半導体領域であるpコンタクト領域218と、高濃度n型半導体領域であるnエミッタ領域220がそれぞれ形成されている。本実施例では、nバリア領域212の不純物濃度は1×1015〜1×1018[cm-3]程度であり、pアノード領域214の不純物濃度は1×1016〜1×1019[cm-3]程度であり、nピラー領域216の不純物濃度は1×1016〜1×1019[cm-3]程度であり、pコンタクト領域218の不純物濃度は1×1017〜1×1020[cm-3]程度であり、nエミッタ領域220の不純物濃度は1×1017〜5×1020[cm-3]程度である。また、nバリア領域212の厚さは0.5〜3.0[μm]程度である。 A plurality of n barrier regions 212 that are n-type semiconductor regions are formed on the upper surface of the n drift region 210 at a predetermined interval. A p anode region 214 which is a p type semiconductor region is partially formed on the upper surface of the n barrier region 212. An n pillar region 216 that is an n-type semiconductor region is formed on the upper surface of the p anode region 214. The n pillar region 216 is formed to penetrate the p anode region 214 and reach the upper surface of the n barrier region 212. Further, on the upper surface of the p anode region 214, a p + contact region 218 which is a high concentration p-type semiconductor region and an n + emitter region 220 which is a high concentration n type semiconductor region are formed. In this embodiment, the impurity concentration of the n barrier region 212 is about 1 × 10 15 to 1 × 10 18 [cm −3 ], and the impurity concentration of the p anode region 214 is 1 × 10 16 to 1 × 10 19 [cm]. −3 ], the impurity concentration of the n-pillar region 216 is about 1 × 10 16 to 1 × 10 19 [cm −3 ], and the impurity concentration of the p + contact region 218 is 1 × 10 17 to 1 × 10 20 [cm -3] is about, the impurity concentration of n + emitter region 220 is 1 × 10 17 ~5 × 10 20 [cm -3] or so. The thickness of the n barrier region 212 is about 0.5 to 3.0 [μm].

半導体基板204の上側表面には、シリコンよりバンドギャップが小さい半導体からなるヘテロ半導体領域227が、nピラー領域216の上側表面を覆うように積層されている。本実施例では、ヘテロ半導体領域227は、例えば不純物としてリンが添加されたn型のゲルマニウムからなる。ヘテロ半導体領域227は、例えば半導体基板204の上側表面にゲルマニウムをエピタキシャル成長によって積層し、積層されたゲルマニウムをトリミングすることによって形成される。ヘテロ半導体領域227とnピラー領域216はヘテロ接合界面228を介してヘテロ接合している。   A hetero semiconductor region 227 made of a semiconductor having a smaller band gap than silicon is stacked on the upper surface of the semiconductor substrate 204 so as to cover the upper surface of the n pillar region 216. In this embodiment, the hetero semiconductor region 227 is made of n-type germanium to which phosphorus is added as an impurity, for example. The hetero semiconductor region 227 is formed, for example, by stacking germanium on the upper surface of the semiconductor substrate 204 by epitaxial growth and trimming the stacked germanium. The hetero semiconductor region 227 and the n pillar region 216 are heterojunction through a hetero junction interface 228.

半導体基板204の下側表面には、金属製のカソード電極222が形成されている。カソード電極222は、nカソード領域206とオーミック接合によって接合している。半導体基板204の上側表面には、金属製のアノード電極224と、金属製のゲート電極226が形成されている。アノード電極224は、pアノード領域214、pコンタクト領域218、ヘテロ半導体領域227およびnエミッタ領域220の一部とオーミック接合によって接合している。ゲート電極226は、絶縁膜230を介してnドリフト領域210、nバリア領域212、pアノード領域214およびnエミッタ領域220の一部と対向するように配置されている。ゲート電極226は、図示しないゲート電極端子に導通している。 A metal cathode electrode 222 is formed on the lower surface of the semiconductor substrate 204. The cathode electrode 222 is joined to the n + cathode region 206 through an ohmic junction. A metal anode electrode 224 and a metal gate electrode 226 are formed on the upper surface of the semiconductor substrate 204. The anode electrode 224 is joined to the p anode region 214, the p + contact region 218, the hetero semiconductor region 227, and a part of the n + emitter region 220 through an ohmic junction. The gate electrode 226 is disposed so as to face a part of the n drift region 210, the n barrier region 212, the p anode region 214, and the n + emitter region 220 with the insulating film 230 interposed therebetween. The gate electrode 226 is electrically connected to a gate electrode terminal (not shown).

本実施例の半導体装置202は、ドレイン電極に相当するカソード電極222と、ドレイン領域に相当するnカソード領域206と、nバッファ領域208と、nドリフト領域210と、ボディ領域に相当するpアノード領域214と、ソース領域に相当するnエミッタ領域220と、ソース電極に相当するアノード電極224と、nエミッタ領域220とnドリフト領域210の間のpアノード領域214に対して絶縁膜230を挟んで対向するゲート電極226を備える縦型のMOSFETの構造を有している。 The semiconductor device 202 of this embodiment includes a cathode electrode 222 corresponding to a drain electrode, an n + cathode region 206 corresponding to a drain region, an n buffer region 208, an n drift region 210, and a p corresponding to a body region. An insulating film with respect to the anode region 214, the n + emitter region 220 corresponding to the source region, the anode electrode 224 corresponding to the source electrode, and the p anode region 214 between the n + emitter region 220 and the n drift region 210. 230 has a vertical MOSFET structure including gate electrodes 226 opposed to each other with 230 therebetween.

本実施例の半導体装置202では、nドリフト領域210とpアノード領域214の間にnバリア領域212が形成されており、アノード電極224とヘテロ接合界面228を介してヘテロ接合するnピラー領域216を介して、nバリア領域212がアノード電極224と導通している。このような構成とすることによって、アノード電極224とカソード電極222の間の寄生ダイオードについて、逆回復特性を改善して、スイッチング損失を低減することができる。また、アノード電極224とカソード電極222の間の逆バイアスに対する耐圧を向上することができる。 In the semiconductor device 202 of this embodiment, an n barrier region 212 is formed between the n drift region 210 and the p anode region 214, and an n pillar region 216 that is heterojunction with the anode electrode 224 via the heterojunction interface 228. , The n barrier region 212 is electrically connected to the anode electrode 224. With such a configuration, the reverse recovery characteristic of the parasitic diode between the anode electrode 224 and the cathode electrode 222 can be improved and the switching loss can be reduced. Further, the withstand voltage against the reverse bias between the anode electrode 224 and the cathode electrode 222 can be improved.

(実施例13)
図20に示すように、本実施例の半導体装置232は、実施例12の半導体装置202とほぼ同様の構成を備えている。本実施例の半導体装置232も、実施例12の半導体装置202と同様に、縦型のMOSFETの構造を有している。本実施例の半導体装置232では、nドリフト領域210とnバリア領域212の間に、p型半導体領域であるp電界進展防止領域234が形成されている。p電界進展防止領域234の不純物濃度は1×1015〜1×1019[cm-3]程度である。また、p電界進展防止領域234厚さは0.5〜3.0[μm]程度である。
(Example 13)
As shown in FIG. 20, the semiconductor device 232 of the present embodiment has a configuration substantially similar to that of the semiconductor device 202 of the twelfth embodiment. The semiconductor device 232 of this embodiment also has a vertical MOSFET structure, similar to the semiconductor device 202 of the twelfth embodiment. In the semiconductor device 232 of the present embodiment, a p electric field progress preventing region 234 that is a p-type semiconductor region is formed between the n drift region 210 and the n barrier region 212. The impurity concentration of the p electric field progress preventing region 234 is about 1 × 10 15 to 1 × 10 19 [cm −3 ]. The p electric field progress preventing region 234 has a thickness of about 0.5 to 3.0 [μm].

本実施例の半導体装置232によれば、実施例12の半導体装置202と同様に、アノード電極224とカソード電極222の間の寄生ダイオードについて、逆回復特性を改善して、スイッチング損失を低減することができる。   According to the semiconductor device 232 of the present embodiment, as with the semiconductor device 202 of the twelfth embodiment, the reverse recovery characteristics of the parasitic diode between the anode electrode 224 and the cathode electrode 222 are improved and the switching loss is reduced. Can do.

また、本実施例の半導体装置232では、nドリフト領域210とnバリア領域212の間にp電界進展防止領域234が形成されているので、実施例12の半導体装置202に比べて、アノード電極224とカソード電極222の間の逆バイアスに対する耐圧を向上し、逆バイアス時のリーク電流を低減することができる。 Further, in the semiconductor device 232 of the present embodiment, since the p electric field progress preventing region 234 is formed between the n drift region 210 and the n barrier region 212, the anode electrode is compared with the semiconductor device 202 of the twelfth embodiment. The withstand voltage against reverse bias between 224 and the cathode electrode 222 can be improved, and leakage current at the time of reverse bias can be reduced.

(実施例14)
図21に示すように、本実施例の半導体装置242は、実施例12の半導体装置202とほぼ同様の構成を備えている。本実施例の半導体装置232では、nカソード領域206において、高濃度p型半導体領域であるpコレクタ領域244が部分的に形成されている。本実施例では、pコレクタ領域244の不純物濃度は1×1017〜5×1020[cm-3]程度である。
(Example 14)
As shown in FIG. 21, the semiconductor device 242 of the present embodiment has a configuration substantially similar to that of the semiconductor device 202 of the twelfth embodiment. In the semiconductor device 232 of this embodiment, a p + collector region 244 that is a high-concentration p-type semiconductor region is partially formed in the n + cathode region 206. In this embodiment, the impurity concentration of the p + collector region 244 is about 1 × 10 17 to 5 × 10 20 [cm −3 ].

半導体装置242は、プレーナ型のIGBTとフリーホイーリングダイオードが逆並列に接続された構造を有している。すなわち、コレクタ電極に相当するカソード電極222と、pコレクタ領域244と、nバッファ領域208と、nドリフト領域210と、pアノード領域214と、nエミッタ領域220と、エミッタ電極に相当するアノード電極224と、絶縁膜230と、ゲート電極226によって、プレーナ型のIGBTを構成しており、カソード電極222と、nカソード領域206と、nバッファ領域208と、nドリフト領域210と、pアノード領域214と、pコンタクト領域218と、アノード電極224によって、フリーホイーリングダイオードを構成している。本実施例の半導体装置242は、上記のようなIGBTとダイオードのそれぞれについて、nドリフト領域210とpアノード領域214の間に形成されたnバリア領域212と、nバリア領域212と電気的に接続されたnピラー領域216と、nピラー領域216とアノード電極224を電気的に接続するように形成されており、nピラー領域216とヘテロ接合するヘテロ半導体領域227が付加された構成を有している。 The semiconductor device 242 has a structure in which a planar IGBT and a freewheeling diode are connected in antiparallel. That is, it corresponds to the cathode electrode 222 corresponding to the collector electrode, the p + collector region 244, the n buffer region 208, the n drift region 210, the p anode region 214, the n + emitter region 220, and the emitter electrode. The anode electrode 224, the insulating film 230, and the gate electrode 226 constitute a planar IGBT, and includes a cathode electrode 222, an n + cathode region 206, an n buffer region 208, an n drift region 210, The p anode region 214, the p + contact region 218, and the anode electrode 224 constitute a free wheeling diode. In the semiconductor device 242 of this embodiment, for each of the IGBT and the diode as described above, the n barrier region 212 formed between the n drift region 210 and the p anode region 214 and the n barrier region 212 are electrically connected. The n pillar region 216 is connected, and the n pillar region 216 and the anode electrode 224 are electrically connected to each other, and a hetero semiconductor region 227 heterojunction with the n pillar region 216 is added. ing.

本実施例の半導体装置242では、アノード電極224とカソード電極222の間に順バイアスが印加される際に、pアノード領域214およびpコンタクト領域218からnドリフト領域210への正孔の注入が抑制される。従って、逆回復特性を向上し、スイッチング損失を低減することができる。 In the semiconductor device 242 of this embodiment, when a forward bias is applied between the anode electrode 224 and the cathode electrode 222, holes are injected from the p anode region 214 and the p + contact region 218 into the n drift region 210. Is suppressed. Therefore, reverse recovery characteristics can be improved and switching loss can be reduced.

また、本実施例の半導体装置242では、アノード電極224とカソード電極222の間に逆バイアスが印加されると、ヘテロ接合界面228から伸びる空乏層だけでなく、pアノード領域214とnバリア領域212の間のpn接合の界面から伸びる空乏層によっても電界が分担される。従って、逆バイアスに対する耐圧を向上することができる。   In the semiconductor device 242 of this embodiment, when a reverse bias is applied between the anode electrode 224 and the cathode electrode 222, not only the depletion layer extending from the heterojunction interface 228 but also the p anode region 214 and the n barrier region 212. The electric field is also shared by the depletion layer extending from the pn junction interface between the two. Therefore, the breakdown voltage against the reverse bias can be improved.

(実施例15)
図23に示すように、本実施例の半導体装置252は、実施例14の半導体装置242とほぼ同様の構成を備えている。本実施例の半導体装置252では、nドリフト領域210とnバリア領域212の間に、p型半導体領域であるp電界進展防止領域234が形成されている。p電界進展防止領域234の不純物濃度は1×1015〜1×1019[cm-3]程度である。また、p電界進展防止領域234厚さは0.5〜3.0[μm]程度である。半導体装置252は、プレーナ型のIGBTとフリーホイーリングダイオードが逆並列に接続された構造を有している。
(Example 15)
As shown in FIG. 23, the semiconductor device 252 of this example has a configuration substantially similar to that of the semiconductor device 242 of Example 14. In the semiconductor device 252 of this example, a p electric field progress preventing region 234 that is a p-type semiconductor region is formed between the n drift region 210 and the n barrier region 212. The impurity concentration of the p electric field progress preventing region 234 is about 1 × 10 15 to 1 × 10 19 [cm −3 ]. The p electric field progress preventing region 234 has a thickness of about 0.5 to 3.0 [μm]. The semiconductor device 252 has a structure in which a planar IGBT and a freewheeling diode are connected in antiparallel.

本実施例の半導体装置252によれば、アノード電極224とカソード電極222の間に順バイアスが印加される際に、pアノード領域214およびpコンタクト領域218からnドリフト領域210への正孔の注入が抑制される。従って、逆回復特性を向上し、スイッチング損失を低減することができる。 According to the semiconductor device 252 of this example, when a forward bias is applied between the anode electrode 224 and the cathode electrode 222, holes from the p anode region 214 and the p + contact region 218 to the n drift region 210. Injection is suppressed. Therefore, reverse recovery characteristics can be improved and switching loss can be reduced.

また、本実施例の半導体装置252では、アノード電極224とカソード電極222の間に逆バイアスが印加されると、ヘテロ接合界面228から伸びる空乏層だけでなく、pアノード領域214とnバリア領域212の間のpn接合の界面から伸びる空乏層と、p電界進展防止領域234とnドリフト領域210の間のpn接合から伸びる空乏層によっても電界が分担される。従って、逆バイアスに対する耐圧を向上することができる。 Further, in the semiconductor device 252 of this embodiment, when a reverse bias is applied between the anode electrode 224 and the cathode electrode 222, not only the depletion layer extending from the heterojunction interface 228 but also the p anode region 214 and the n barrier region 212. The electric field is also shared by the depletion layer extending from the interface of the pn junction between and the depletion layer extending from the pn junction between the p electric field progress preventing region 234 and the n drift region 210. Therefore, the breakdown voltage against the reverse bias can be improved.

また、本実施例の半導体装置252では、p電界進展防止領域234とnドリフト領域210の間のpn接合によって、逆電流が制限される。従って、ヘテロ接合界面228を通過するリーク電流が低減される。 In the semiconductor device 252 of the present embodiment, the reverse current is limited by the pn junction between the p electric field progress preventing region 234 and the n drift region 210. Therefore, the leakage current passing through the heterojunction interface 228 is reduced.

さらに、本実施例の半導体装置252では、ゲート電極226に電圧を印加してIGBTを駆動する場合に、コレクタ電極に相当するカソード電極222からエミッタ電極に相当するアノード電極224へ流れる電流がp電界進展防止領域234によって抑制されるため、IGBTの飽和電流を低減することができる。   Further, in the semiconductor device 252 of this embodiment, when a voltage is applied to the gate electrode 226 to drive the IGBT, the current flowing from the cathode electrode 222 corresponding to the collector electrode to the anode electrode 224 corresponding to the emitter electrode is a p electric field. Since it is suppressed by the progress prevention region 234, the saturation current of the IGBT can be reduced.

(実施例16)
図23に示すように、本実施例のダイオード302は、実施例1のダイオード2とほぼ同様の構成を備えている。本実施例のダイオード302は、nピラー領域16とヘテロ半導体領域23の代わりに、シリコンよりバンドギャップが小さい半導体からなるヘテロ半導体領域16aを備えている。ヘテロ半導体領域16aは、例えば、半導体基板4の上側表面にpアノード領域14を貫通してnバリア領域12まで達するトレンチを形成し、そのトレンチに例えば不純物としてリンが添加されたn型のゲルマニウムをエピタキシャル成長によって充填することで形成される。ヘテロ半導体領域16aはアノード電極22とオーミック接合しており、nバリア領域12とヘテロ接合界面24aを介してヘテロ接合している。
(Example 16)
As shown in FIG. 23, the diode 302 of the present embodiment has a configuration substantially similar to that of the diode 2 of the first embodiment. The diode 302 of this embodiment includes a hetero semiconductor region 16a made of a semiconductor having a band gap smaller than that of silicon, instead of the n pillar region 16 and the hetero semiconductor region 23. In the hetero semiconductor region 16a, for example, a trench reaching the n barrier region 12 through the p anode region 14 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 4, and, for example, n-type germanium doped with phosphorus as an impurity is formed in the trench. It is formed by filling by epitaxial growth. The hetero semiconductor region 16a is in ohmic contact with the anode electrode 22, and is heterojunction with the n barrier region 12 via the hetero junction interface 24a.

本実施例のダイオード302では、アノード電極22とカソード電極20の間に順バイアスが印加されると、ヘテロ半導体領域16aとnバリア領域12の間のヘテロ接合界面24aを介して短絡する。このとき、nバリア領域12とアノード電極22の電位差はヘテロ接合界面24aでの電圧降下とほぼ等しくなる。ヘテロ接合界面24aでの電圧降下は、pアノード領域14とnバリア領域12の間のpn接合のビルトイン電圧よりも十分に小さいので、pコンタクト領域18やpアノード領域14からnドリフト領域10への正孔の注入が抑制される。 In the diode 302 of this embodiment, when a forward bias is applied between the anode electrode 22 and the cathode electrode 20, a short circuit occurs via the heterojunction interface 24 a between the hetero semiconductor region 16 a and the n barrier region 12. At this time, the potential difference between the n barrier region 12 and the anode electrode 22 is substantially equal to the voltage drop at the heterojunction interface 24a. Since the voltage drop at the heterojunction interface 24 a is sufficiently smaller than the built-in voltage of the pn junction between the p anode region 14 and the n barrier region 12, the n drift region 10 extends from the p + contact region 18 and the p anode region 14. The injection of holes into the is suppressed.

次いで、アノード電極22とカソード電極20の間の電圧が順バイアスから逆バイアスに切り替わると、ヘテロ半導体領域16aとnバリア領域12の間のヘテロ接合界面24aによって逆電流が制限される。本実施例のダイオード302では、順バイアスの印加時においてpコンタクト領域18およびpアノード領域14からnドリフト領域10への正孔の注入が抑制されているから、逆回復電流が小さく、逆回復時間が短い。本実施例のダイオード302によれば、nドリフト領域10のライフタイム制御を行うことなく、スイッチング損失を小さくすることが出来る。 Next, when the voltage between the anode electrode 22 and the cathode electrode 20 is switched from the forward bias to the reverse bias, the reverse current is limited by the heterojunction interface 24 a between the hetero semiconductor region 16 a and the n barrier region 12. In the diode 302 of this embodiment, the injection of holes from the p + contact region 18 and the p anode region 14 to the n drift region 10 is suppressed when a forward bias is applied, so that the reverse recovery current is small and the reverse Recovery time is short. According to the diode 302 of this embodiment, the switching loss can be reduced without performing lifetime control of the n drift region 10.

また、本実施例のダイオード302では、アノード電極22とカソード電極20の間に逆バイアスが印加されると、ヘテロ半導体領域16aとnバリア領域12の間のヘテロ接合界面24aから伸びる空乏層だけでなく、pアノード領域14とnバリア領域12の間のpn接合の界面から伸びる空乏層によっても電界が分担される。これにより、ヘテロ半導体領域16aとnバリア領域12の間のヘテロ接合界面24aにかかる電界が軽減される。本実施例のダイオード302によれば、逆バイアスに対する耐圧を向上することが出来る。   Further, in the diode 302 of this embodiment, when a reverse bias is applied between the anode electrode 22 and the cathode electrode 20, only the depletion layer extending from the heterojunction interface 24a between the hetero semiconductor region 16a and the n barrier region 12 is obtained. In addition, the electric field is also shared by the depletion layer extending from the interface of the pn junction between the p anode region 14 and the n barrier region 12. Thereby, the electric field applied to the heterojunction interface 24a between the hetero semiconductor region 16a and the n barrier region 12 is reduced. According to the diode 302 of this embodiment, the breakdown voltage against reverse bias can be improved.

(実施例17)
図24に示すように、本実施例のダイオード304は、実施例2のダイオード32とほぼ同様の構成を備えている。本実施例のダイオード304は、nピラー領域16とヘテロ半導体領域23の代わりに、シリコンよりバンドギャップが小さい半導体からなるヘテロ半導体領域16aを備えている。ヘテロ半導体領域16aは、例えば、半導体基板34の上側表面にpアノード領域14を貫通してnバリア領域12まで達するトレンチを形成し、そのトレンチに例えば不純物としてリンが添加されたn型のゲルマニウムをエピタキシャル成長によって充填することで形成される。ヘテロ半導体領域16aはアノード電極22とオーミック接合しており、nバリア領域12とヘテロ接合界面24aを介してヘテロ接合している。
(Example 17)
As shown in FIG. 24, the diode 304 of the present embodiment has a configuration substantially similar to that of the diode 32 of the second embodiment. The diode 304 of this embodiment includes a hetero semiconductor region 16a made of a semiconductor having a band gap smaller than that of silicon, instead of the n pillar region 16 and the hetero semiconductor region 23. In the hetero semiconductor region 16a, for example, a trench that penetrates the p anode region 14 to reach the n barrier region 12 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 34, and n-type germanium doped with, for example, phosphorus as an impurity is formed in the trench. It is formed by filling by epitaxial growth. The hetero semiconductor region 16a is in ohmic contact with the anode electrode 22, and is heterojunction with the n barrier region 12 via the hetero junction interface 24a.

ダイオード304の動作について説明する。アノード電極22とカソード電極20の間に順バイアスが印加されると、ヘテロ半導体領域16aとnバリア領域12の間のヘテロ接合界面24aを介して短絡する。このとき、nバリア領域12とアノード電極22の電位差はヘテロ接合界面24aでの電圧降下とほぼ等しくなる。ヘテロ接合界面24aでの電圧降下は、pアノード領域14とnバリア領域12の間のpn接合のビルトイン電圧よりも十分に小さいので、pコンタクト領域18やpアノード領域14からnドリフト領域10への正孔の注入が抑制される。なお、nバリア領域12とp電界進展防止領域36の間にはpn接合が存在するが、p電界進展防止領域36のp型不純物濃度は低く、p電界進展防止領域36の厚みは薄いため、アノード電極22とカソード電極20の間の順電流に及ぼす影響は少ない。 The operation of the diode 304 will be described. When a forward bias is applied between the anode electrode 22 and the cathode electrode 20, a short circuit occurs via the heterojunction interface 24 a between the hetero semiconductor region 16 a and the n barrier region 12. At this time, the potential difference between the n barrier region 12 and the anode electrode 22 is substantially equal to the voltage drop at the heterojunction interface 24a. Since the voltage drop at the heterojunction interface 24 a is sufficiently smaller than the built-in voltage of the pn junction between the p anode region 14 and the n barrier region 12, the n drift region 10 extends from the p + contact region 18 and the p anode region 14. The injection of holes into the is suppressed. Although a pn junction exists between the n barrier region 12 and the p electric field progress preventing region 36, the p type impurity concentration of the p electric field progress preventing region 36 is low and the thickness of the p electric field progress preventing region 36 is thin. The influence on the forward current between the anode electrode 22 and the cathode electrode 20 is small.

次いで、アノード電極22とカソード電極20の間の電圧が順バイアスから逆バイアスに切り替わると、ヘテロ半導体領域16aとnバリア領域12の間のヘテロ接合界面24aによって逆電流が制限される。また、nドリフト領域10とp電界進展防止領域36の間のpn接合によっても逆電流が制限される。上述したように、本実施例のダイオード304では、順バイアスの印加時においてpコンタクト領域18およびpアノード領域14からnドリフト領域10への正孔の注入が抑制されているから、逆回復電流が小さく、逆回復時間が短い。本実施例のダイオード304によれば、nドリフト領域10のライフタイム制御を行うことなく、スイッチング損失を小さくすることが出来る。 Next, when the voltage between the anode electrode 22 and the cathode electrode 20 is switched from the forward bias to the reverse bias, the reverse current is limited by the heterojunction interface 24 a between the hetero semiconductor region 16 a and the n barrier region 12. The reverse current is also limited by the pn junction between the n drift region 10 and the p electric field progress preventing region 36. As described above, in the diode 304 of this embodiment, the injection of holes from the p + contact region 18 and the p anode region 14 to the n drift region 10 is suppressed when a forward bias is applied. Low current and short reverse recovery time. According to the diode 304 of the present embodiment, the switching loss can be reduced without performing lifetime control of the n drift region 10.

また、本実施例のダイオード304では、アノード電極22とカソード電極20の間に逆バイアスが印加されると、ヘテロ半導体領域16aとnバリア領域12の間のヘテロ接合界面24aから伸びる空乏層だけでなく、pアノード領域14とnバリア領域12の間のpn接合の界面から伸びる空乏層と、nドリフト領域10とp電界進展防止領域36の間のpn接合の界面でも電界が分担される。これにより、ヘテロ半導体領域16aとnバリア領域12の間のヘテロ接合界面24aにかかる電界と、pアノード領域14とnバリア領域12の間のpn接合にかかる電界が軽減される。本実施例のダイオード304によれば、逆バイアスに対する耐圧を向上することが出来る。 Further, in the diode 304 of this embodiment, when a reverse bias is applied between the anode electrode 22 and the cathode electrode 20, only the depletion layer extending from the heterojunction interface 24a between the hetero semiconductor region 16a and the n barrier region 12 is obtained. In addition, the electric field is also shared by the depletion layer extending from the pn junction interface between the p anode region 14 and the n barrier region 12 and the pn junction interface between the n drift region 10 and the p electric field progress preventing region 36. Thereby, the electric field applied to the heterojunction interface 24a between the hetero semiconductor region 16a and the n barrier region 12 and the electric field applied to the pn junction between the p anode region 14 and the n barrier region 12 are reduced. According to the diode 304 of this embodiment, the breakdown voltage against reverse bias can be improved.

(その他の実施例)
図7に示すダイオード42、図8に示すダイオード52、図9に示すダイオード62、図10に示すダイオード66、図11に示すダイオード68、図12に示すダイオード70のそれぞれにおいて、nピラー領域16とヘテロ半導体領域23を上述のヘテロ半導体領域16aで置き換えることによって、図25に示すダイオード306、図26に示すダイオード308、図27に示すダイオード310、図28に示すダイオード312、図29に示すダイオード314、図30に示すダイオード316のように構成することもできる。
(Other examples)
The diode 42 shown in FIG. 7, the diode 52 shown in FIG. 8, the diode 62 shown in FIG. 9, the diode 66 shown in FIG. 10, the diode 68 shown in FIG. 11, and the diode 70 shown in FIG. By replacing the hetero semiconductor region 23 with the above-described hetero semiconductor region 16a, the diode 306 shown in FIG. 25, the diode 308 shown in FIG. 26, the diode 310 shown in FIG. 27, the diode 312 shown in FIG. 28, and the diode 314 shown in FIG. 30 can also be configured as a diode 316 shown in FIG.

また、図13に示す半導体装置72、図14に示す半導体装置82のそれぞれにおいて、nピラー領域16とヘテロ半導体領域23を上述のヘテロ半導体領域16aで置き換えることによって、図31に示す半導体装置318、図32に示す半導体装置320のように構成することもできる。   Further, in each of the semiconductor device 72 shown in FIG. 13 and the semiconductor device 82 shown in FIG. 14, the n-pillar region 16 and the hetero semiconductor region 23 are replaced with the above-described hetero semiconductor region 16a, whereby the semiconductor device 318 shown in FIG. A semiconductor device 320 illustrated in FIG. 32 may be configured.

また、図15に示す半導体装置102、図16に示す半導体装置162、図17に示す半導体装置172、図18に示す半導体装置182のそれぞれにおいて、nピラー領域134、142とヘテロ半導体領域149、151を、シリコンよりバンドギャップが小さい半導体からなるヘテロ半導体領域134a、142aで置き換えることによって、図33に示す半導体装置322、図34に示す半導体装置324、図35に示す半導体装置326、図36に示す半導体装置328のように構成することもできる。ここで、ヘテロ半導体領域134aは、エミッタ/アノード電極148とオーミック接合しており、pボディ領域118を貫通しており、nバリア領域116とヘテロ接合界面150aを介してヘテロ接合している。ヘテロ半導体領域142aは、エミッタ/アノード電極148とオーミック接合しており、pアノード領域124を貫通しており、nバリア領域122とヘテロ接合界面152aを介してヘテロ接合している。   15, the semiconductor device 162 illustrated in FIG. 16, the semiconductor device 172 illustrated in FIG. 17, and the semiconductor device 182 illustrated in FIG. 18, the n pillar regions 134 and 142 and the hetero semiconductor regions 149 and 151, respectively. Is replaced with hetero semiconductor regions 134a and 142a made of a semiconductor having a smaller band gap than silicon, thereby the semiconductor device 322 shown in FIG. 33, the semiconductor device 324 shown in FIG. 34, the semiconductor device 326 shown in FIG. A semiconductor device 328 can also be configured. Here, the hetero semiconductor region 134a is in ohmic contact with the emitter / anode electrode 148, penetrates the p body region 118, and is heterojunction with the n barrier region 116 via the hetero junction interface 150a. The hetero semiconductor region 142a is in ohmic contact with the emitter / anode electrode 148, passes through the p anode region 124, and is heterojunction with the n barrier region 122 via the hetero junction interface 152a.

また、図19に示す半導体装置202、図20に示す半導体装置232、図21に示す半導体装置242、図22に示す半導体装置252のそれぞれにおいて、nピラー領域216とヘテロ半導体領域227を、シリコンよりバンドギャップが小さい半導体からなるヘテロ半導体領域216aで置き換えることによって、図37に示す半導体装置330、図38に示す半導体装置332、図39に示す半導体装置334、図40に示す半導体装置336のように構成することもできる。ここで、ヘテロ半導体領域216aは、アノード電極224とオーミック接合しており、pアノード領域214を貫通しており、nバリア領域212とヘテロ接合界面228aを介してヘテロ接合している。   In each of the semiconductor device 202 shown in FIG. 19, the semiconductor device 232 shown in FIG. 20, the semiconductor device 242 shown in FIG. 21, and the semiconductor device 252 shown in FIG. 22, the n pillar region 216 and the hetero semiconductor region 227 are made of silicon. By replacing the hetero semiconductor region 216a made of a semiconductor having a small band gap, the semiconductor device 330 shown in FIG. 37, the semiconductor device 332 shown in FIG. 38, the semiconductor device 334 shown in FIG. 39, and the semiconductor device 336 shown in FIG. It can also be configured. Here, the hetero semiconductor region 216a is in ohmic contact with the anode electrode 224, passes through the p anode region 214, and is heterojunction with the n barrier region 212 via the hetero junction interface 228a.

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。   As mentioned above, although the Example of this invention was described in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.

例えば、上記ではカソード領域、ドリフト領域、アノード領域、電界進展防止領域、バリア領域等を備える半導体基板がシリコンからなり、ヘテロ半導体領域がゲルマニウムからなる場合について説明したが、本発明は他の半導体材料の組み合わせについても適用することができる。例えば、半導体基板がシリコンからなり、ヘテロ半導体領域がシリコンゲルマニウムからなる構成としてもよい。あるいは、半導体基板がシリコンカーバイドからなり、ヘテロ半導体領域がシリコンからなる構成としてもよい。あるいは、半導体基板が窒化ガリウムからなり、ヘテロ半導体領域がシリコンからなる構成としてもよい。あるいは、半導体基板がガリウム砒素からなり、ヘテロ半導体領域がシリコンからなる構成としてもよい。   For example, the case where the semiconductor substrate including the cathode region, the drift region, the anode region, the electric field progress preventing region, the barrier region, and the like is made of silicon and the hetero semiconductor region is made of germanium has been described above. This can also be applied to the combination. For example, the semiconductor substrate may be made of silicon and the hetero semiconductor region may be made of silicon germanium. Alternatively, the semiconductor substrate may be made of silicon carbide and the hetero semiconductor region may be made of silicon. Alternatively, the semiconductor substrate may be made of gallium nitride and the hetero semiconductor region may be made of silicon. Alternatively, the semiconductor substrate may be made of gallium arsenide and the hetero semiconductor region may be made of silicon.

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

2 ダイオード;4 半導体基板;6 nカソード領域;8 nバッファ領域;10 nドリフト領域;12 nバリア領域;14 pアノード領域;16 nピラー領域;16a ヘテロ半導体領域;18 pコンタクト領域;20 カソード電極;22 アノード電極;23 ヘテロ半導体領域;24 ヘテロ接合界面;24a ヘテロ接合界面;26 ダイオード;28 半導体基板;30 ショットキー界面;32 ダイオード;34 半導体基板;36 p電界進展防止領域;42 ダイオード;44 トレンチ;46 絶縁膜;48 トレンチ電極;52 ダイオード;62 ダイオード;64 pカソードショート領域;66 ダイオード;68 ダイオード;70 ダイオード;72 半導体装置;74 nエミッタ領域;82 半導体装置;102 半導体装置;104 半導体基板;106 IGBT領域;108 ダイオード領域;110 pコレクタ領域;112 nバッファ領域;114 nドリフト領域;116 nバリア領域;118 pボディ領域;120 nカソード領域;122 nバリア領域;124 pアノード領域;126 トレンチ;128 絶縁膜;130 ゲート電極;132 nエミッタ領域;134 nピラー領域;134a ヘテロ半導体領域;136 pコンタクト領域;138 絶縁膜;140 ゲート電極;142 nピラー領域;142a ヘテロ半導体領域;144 pコンタクト領域;146 コレクタ/カソード電極;148 エミッタ/アノード電極;149 ヘテロ半導体領域;150 ヘテロ接合界面;150a ヘテロ接合界面;151 ヘテロ半導体領域;152 ヘテロ接合界面;152a ヘテロ接合界面;162 半導体装置;164 半導体基板;166 p電界進展防止領域;168 電界進展防止領域;172 半導体装置;174 pカソードショート領域;182 半導体装置;202 半導体装置;204 半導体基板;206 nカソード領域;208 nバッファ領域;210 nドリフト領域;212 nバリア領域;214 pアノード領域;216 nピラー領域;216a ヘテロ半導体領域;218 pコンタクト領域;220 nエミッタ領域;222 カソード電極;224 アノード電極;226 ゲート電極;227 ヘテロ半導体領域;228 ヘテロ接合界面;228a ヘテロ接合界面;230 絶縁膜;232 半導体装置;234 p電界進展防止領域;242 半導体装置;244 pコレクタ領域;252 半導体装置;302 ダイオード;304 ダイオード;306 ダイオード;308 ダイオード;310 ダイオード;312 ダイオード;314 ダイオード;316 ダイオード;318 半導体装置;320 半導体装置;322 半導体装置;324 半導体装置;326 半導体装置;328 半導体装置;330 半導体装置;332 半導体装置;334 半導体装置;336 半導体装置 2 diode; 4 semiconductor substrate; 6 n + cathode region; 8 n buffer region; 10 n - drift region; 12 n barrier regions; 14 p anode regions; 16 n pillar region; 16a hetero semiconductor region; 18 p + contact region; 20 cathode electrode; 22 anode electrode; 23 hetero semiconductor region; 24 hetero junction interface; 24a hetero junction interface; 26 diode; 28 semiconductor substrate; 30 Schottky interface; 32 diode; 34 semiconductor substrate; 44 trench; 46 insulating film; 48 trench electrode; 52 diode; 62 diode; 64 p + cathode short region; 66 diode; 68 diode; 70 diode; 72 semiconductor device; 74 n + emitter region; 82 semiconductor device; Semiconductor equipment 104 semiconductor region; 106 IGBT region; 108 diode region; 110 p + collector region; 112 n buffer region; 114 n drift region; 116 n barrier region; 118 p body region; 120 n + cathode region; 124 p anode region; 126 trench; 128 insulating film; 130 gate electrode; 132 n + emitter region; 134 n pillar region; 134a hetero semiconductor region; 136 p + contact region; 138 insulating film; 140 gate electrode; pillar regions; 142a hetero semiconductor region; 144 p + contact region; 146 collector / cathode; 148 emitter / anode electrode; 149 hetero semiconductor region; 150 heterojunction interface; 150a heterojunction interface; 151 hetero semiconductor region; 52 heterojunction interface; 152a heterojunction interface; 162 semiconductor devices; 164 semiconductor substrate; 166 p electric field progress preventing region; 168 electric field progress preventing region; 172 semiconductor devices; 174 p + cathode short regions; 182 semiconductor devices; 202 a semiconductor device; 204 a semiconductor substrate; 206 n + cathode region; 208 n buffer region; 210 n - drift region; 212 n barrier region; 214 p anode region; 216 n pillar region; 216a hetero semiconductor region; 218 p + contact region; 220 n + 222 cathode electrode; 224 anode electrode; 226 gate electrode; 227 hetero semiconductor region; 228 hetero junction interface; 228a hetero junction interface; 230 insulating film; 232 semiconductor device; 234 p electric field progress prevention region; ; 244 p + collector region; 252 semiconductor devices; 302 diodes; 304 diodes; 306 diodes; 308 diodes; 310 diodes; 312 diodes; 314 diodes; 316 diodes; 318 semiconductor devices; 320 semiconductor devices; 322 semiconductor devices; 324 semiconductor device 326 Semiconductor device; 328 Semiconductor device; 330 Semiconductor device; 332 Semiconductor device; 334 Semiconductor device; 336 Semiconductor device

Claims (8)

カソード電極と、第1導電型の半導体からなるカソード領域と、低濃度の第1導電型の半導体からなるドリフト領域と、第2導電型の半導体からなるアノード領域と、アノード電極を備えるダイオードであって、
前記ドリフト領域と前記アノード領域の間に形成された、前記ドリフト領域よりも濃度が高い第1導電型の半導体からなるバリア領域と、
前記バリア領域と前記アノード電極を電気的に接続するように形成された、前記バリア領域よりもバンドギャップが小さい半導体からなるヘテロ半導体領域を備えており、
前記ヘテロ半導体領域と前記バリア領域がヘテロ接合していることを特徴とするダイオード。
A diode comprising a cathode electrode, a cathode region made of a first conductivity type semiconductor, a drift region made of a low concentration first conductivity type semiconductor, an anode region made of a second conductivity type semiconductor, and an anode electrode. And
A barrier region made of a first conductivity type semiconductor having a higher concentration than the drift region, formed between the drift region and the anode region;
A hetero semiconductor region made of a semiconductor having a smaller band gap than the barrier region, which is formed so as to electrically connect the barrier region and the anode electrode;
The diode characterized in that the hetero semiconductor region and the barrier region are heterojunction.
前記バリア領域と前記ドリフト領域の間に形成された、第2導電型の半導体からなる電界進展防止領域をさらに備えていることを特徴とする請求項1のダイオード。   2. The diode according to claim 1, further comprising an electric field progress preventing region made of a second conductivity type semiconductor formed between the barrier region and the drift region. 前記アノード領域から前記ドリフト領域まで達するトレンチが形成されており、
前記トレンチの内部に絶縁膜で被覆されたトレンチ電極が形成されていることを特徴とする請求項1または2のダイオード。
A trench reaching the drift region from the anode region is formed,
3. The diode according to claim 1, wherein a trench electrode covered with an insulating film is formed inside the trench.
前記カソード領域に部分的に形成された、第2導電型の半導体からなるカソードショート領域をさらに備えていることを特徴とする請求項1から3の何れか一項のダイオード。   The diode according to any one of claims 1 to 3, further comprising a cathode short region made of a second conductivity type semiconductor partially formed in the cathode region. 請求項1から4の何れか一項のダイオードとIGBTが一体化された半導体装置であって、
前記IGBTが、コレクタ電極と、第2導電型の半導体からなるコレクタ領域と、前記ドリフト領域から連続しており、低濃度の第1導電型の半導体からなる第2ドリフト領域と、第2導電型の半導体からなるボディ領域と、第1導電型の半導体からなるエミッタ領域と、エミッタ電極と、前記エミッタ領域と前記第2ドリフト領域の間の前記ボディ領域に対して絶縁膜を挟んで対向するゲート電極を備えており、
前記IGBTが、前記第2ドリフト領域と前記ボディ領域の間に形成された、前記第2ドリフト領域よりも濃度が高い第1導電型の半導体からなる第2バリア領域と、前記第2バリア領域と前記エミッタ電極を電気的に接続するように形成された、前記第2バリア領域よりもバンドギャップが小さい半導体からなる第2ヘテロ半導体領域を備えており、
前記第2ヘテロ半導体領域と前記第2バリア領域がヘテロ接合していることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device in which the diode according to any one of claims 1 to 4 and the IGBT are integrated,
The IGBT includes a collector electrode, a collector region made of a second conductivity type semiconductor, a second drift region made of a low-concentration first conductivity type semiconductor, continuous from the drift region, and a second conductivity type. A body region made of a semiconductor, an emitter region made of a first conductivity type semiconductor, an emitter electrode, and a gate opposed to the body region between the emitter region and the second drift region with an insulating film interposed therebetween With electrodes,
The IGBT is formed between the second drift region and the body region, the second barrier region made of a first conductivity type semiconductor having a higher concentration than the second drift region, the second barrier region, A second hetero semiconductor region made of a semiconductor having a smaller band gap than the second barrier region, which is formed so as to electrically connect the emitter electrode;
The semiconductor device, wherein the second hetero semiconductor region and the second barrier region are heterojunction.
前記第2バリア領域と前記第2ドリフト領域の間に形成された、第2導電型の半導体からなる第2電界進展防止領域をさらに備えることを特徴とする請求項5の半導体装置。   6. The semiconductor device according to claim 5, further comprising a second electric field progress prevention region made of a second conductivity type semiconductor and formed between the second barrier region and the second drift region. ドレイン電極と、第1導電型の半導体からなるドレイン領域と、低濃度の第1導電型の半導体からなるドリフト領域と、第2導電型の半導体からなるボディ領域と、第1導電型の半導体からなるソース領域と、ソース電極と、前記ソース領域と前記ドリフト領域の間の前記ボディ領域に対して絶縁膜を挟んで対向するゲート電極を備えるMOSFETであって、
前記ドリフト領域と前記ボディ領域の間に形成された、前記ドリフト領域よりも濃度が高い第1導電型の半導体からなるバリア領域と、
前記バリア領域と前記ソース電極を電気的に接続するように形成された、前記バリア領域よりもバンドギャップが小さい半導体からなるヘテロ半導体領域を備えており、
前記ヘテロ半導体領域と前記バリア領域がヘテロ接合していることを特徴とするMOSFET。
From a drain electrode, a drain region made of a first conductivity type semiconductor, a drift region made of a low concentration first conductivity type semiconductor, a body region made of a second conductivity type semiconductor, and a first conductivity type semiconductor A MOSFET comprising a source region, a source electrode, and a gate electrode facing the body region between the source region and the drift region with an insulating film interposed therebetween,
A barrier region made of a first conductivity type semiconductor having a higher concentration than the drift region, formed between the drift region and the body region;
A hetero semiconductor region made of a semiconductor having a smaller band gap than the barrier region, which is formed so as to electrically connect the barrier region and the source electrode;
A MOSFET, wherein the hetero semiconductor region and the barrier region are heterojunction.
前記バリア領域と前記ドリフト領域の間に形成された、第2導電型の半導体からなる電界進展防止領域をさらに備えていることを特徴とする請求項7のMOSFET。   8. The MOSFET according to claim 7, further comprising an electric field progress preventing region made of a second conductivity type semiconductor formed between the barrier region and the drift region.
JP2011189263A 2011-08-31 2011-08-31 Diode, semiconductor device and mosfet Pending JP2013051345A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011189263A JP2013051345A (en) 2011-08-31 2011-08-31 Diode, semiconductor device and mosfet

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011189263A JP2013051345A (en) 2011-08-31 2011-08-31 Diode, semiconductor device and mosfet

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013051345A true JP2013051345A (en) 2013-03-14

Family

ID=48013174

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011189263A Pending JP2013051345A (en) 2011-08-31 2011-08-31 Diode, semiconductor device and mosfet

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013051345A (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013048230A (en) * 2011-07-27 2013-03-07 Toyota Central R&D Labs Inc Diode, semiconductor device, and mosfet
WO2014188569A1 (en) * 2013-05-23 2014-11-27 トヨタ自動車株式会社 Igbt with built-in diode
WO2015029116A1 (en) * 2013-08-26 2015-03-05 トヨタ自動車株式会社 Semiconductor device
JP2015090917A (en) * 2013-11-06 2015-05-11 トヨタ自動車株式会社 Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
JP2015165541A (en) * 2014-03-03 2015-09-17 トヨタ自動車株式会社 semiconductor device
CN104934485A (en) * 2014-03-17 2015-09-23 株式会社东芝 Semiconductor device
JP2016162897A (en) * 2015-03-02 2016-09-05 株式会社豊田中央研究所 Diode and reverse conduction igbt incorporating the diode
US10141455B2 (en) 2014-03-17 2018-11-27 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device
WO2022123923A1 (en) * 2020-12-07 2022-06-16 富士電機株式会社 Semiconductor apparatus
CN115498030A (en) * 2022-09-16 2022-12-20 恒泰柯半导体(上海)有限公司 Reverse conducting IGBT device with heterojunction structure

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0286173A (en) * 1988-09-22 1990-03-27 Fuji Electric Co Ltd Semiconductor diode
JP2004186413A (en) * 2002-12-03 2004-07-02 Toshiba Corp Semiconductor device
JP2007134625A (en) * 2005-11-14 2007-05-31 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device and its process for fabrication
JP2009267116A (en) * 2008-04-25 2009-11-12 Toyota Motor Corp Diode and semiconductor device equipped with the same
JP2010206012A (en) * 2009-03-04 2010-09-16 Nissan Motor Co Ltd Semiconductor device
WO2010143288A1 (en) * 2009-06-11 2010-12-16 トヨタ自動車株式会社 Semiconductor device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0286173A (en) * 1988-09-22 1990-03-27 Fuji Electric Co Ltd Semiconductor diode
JP2004186413A (en) * 2002-12-03 2004-07-02 Toshiba Corp Semiconductor device
JP2007134625A (en) * 2005-11-14 2007-05-31 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device and its process for fabrication
JP2009267116A (en) * 2008-04-25 2009-11-12 Toyota Motor Corp Diode and semiconductor device equipped with the same
JP2010206012A (en) * 2009-03-04 2010-09-16 Nissan Motor Co Ltd Semiconductor device
WO2010143288A1 (en) * 2009-06-11 2010-12-16 トヨタ自動車株式会社 Semiconductor device

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9520465B2 (en) 2011-07-27 2016-12-13 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Diode, semiconductor device, and MOSFET
US10658503B2 (en) 2011-07-27 2020-05-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Diode, semiconductor device, and MOSFET
US10147812B2 (en) 2011-07-27 2018-12-04 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Diode, semiconductor device, and MOSFET
JP2013048230A (en) * 2011-07-27 2013-03-07 Toyota Central R&D Labs Inc Diode, semiconductor device, and mosfet
CN105378931A (en) * 2013-05-23 2016-03-02 丰田自动车株式会社 IGBT with built-in diode
WO2014188569A1 (en) * 2013-05-23 2014-11-27 トヨタ自動車株式会社 Igbt with built-in diode
CN105556668A (en) * 2013-08-26 2016-05-04 丰田自动车株式会社 Semiconductor device
JP5981659B2 (en) * 2013-08-26 2016-08-31 トヨタ自動車株式会社 Semiconductor device
US9508710B2 (en) 2013-08-26 2016-11-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Semiconductor device
WO2015029116A1 (en) * 2013-08-26 2015-03-05 トヨタ自動車株式会社 Semiconductor device
JPWO2015029116A1 (en) * 2013-08-26 2017-03-02 トヨタ自動車株式会社 Semiconductor device
CN105556668B (en) * 2013-08-26 2017-09-01 丰田自动车株式会社 Semiconductor device
DE112014005067B4 (en) * 2013-11-06 2021-01-07 Denso Corporation Semiconductor device and method of manufacturing the semiconductor device
WO2015068008A1 (en) * 2013-11-06 2015-05-14 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Semiconductor device and method of manufacturing the semiconductor device
JP2015090917A (en) * 2013-11-06 2015-05-11 トヨタ自動車株式会社 Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
US9620632B2 (en) 2013-11-06 2017-04-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Semiconductor device and method of manufacturing the semiconductor device
JP2015165541A (en) * 2014-03-03 2015-09-17 トヨタ自動車株式会社 semiconductor device
US10141455B2 (en) 2014-03-17 2018-11-27 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device
CN104934485A (en) * 2014-03-17 2015-09-23 株式会社东芝 Semiconductor device
JP2016162897A (en) * 2015-03-02 2016-09-05 株式会社豊田中央研究所 Diode and reverse conduction igbt incorporating the diode
WO2022123923A1 (en) * 2020-12-07 2022-06-16 富士電機株式会社 Semiconductor apparatus
CN115498030A (en) * 2022-09-16 2022-12-20 恒泰柯半导体(上海)有限公司 Reverse conducting IGBT device with heterojunction structure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5919121B2 (en) Diode and semiconductor device
JP5981859B2 (en) Diode and semiconductor device incorporating diode
JP6001735B2 (en) MOSFET
JP5787853B2 (en) Power semiconductor device
JP5753814B2 (en) Diode, semiconductor device and MOSFET
JP2013051345A (en) Diode, semiconductor device and mosfet
JP5922886B2 (en) Diode and semiconductor device
US9082815B2 (en) Semiconductor device having carrier extraction in electric field alleviating layer
JP5706275B2 (en) Diode, semiconductor device and MOSFET
JP2016032105A (en) Reverse conducting IGBT
JP5711646B2 (en) diode
JP2013201360A (en) Semiconductor device
US9502402B2 (en) Semiconductor device
JP7030665B2 (en) Semiconductor device
JP2018022852A (en) Semiconductor device and manufacturing method of the same
US9613951B2 (en) Semiconductor device with diode
JP6077309B2 (en) Diode and semiconductor device incorporating diode
JP2017139415A (en) Semiconductor device
JP2012094889A (en) Semiconductor device
JP2013187399A (en) Diode
JP2017199723A (en) Semiconductor device
KR20150076815A (en) Power semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20140106

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20140106

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140521

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150224

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150227

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20150623