JP2017045859A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体装置100は、第1、第2半導体層11、12が積層されpn接合を有するメサ構造13を含む半導体部材10と、メサ側面15上およびメサ外側上面16上に配置された絶縁膜20と、メサ上面14で第2半導体層12と接続されたp側電極30と、を有し、絶縁膜20は、第1および第2絶縁層を含んで構成される。第1絶縁層21は、メサ側面15とメサ外側の上面16とが接続する角部を覆い、第2絶縁層22は、メサ側面15のpn接合界面を覆うか、または、p側電極30の電極端直下で絶縁膜20の全厚さを構成して電極端直下を覆い、第2絶縁層22の比誘電率は、半導体部材10の比誘電率以上であり、第1絶縁層21の比誘電率は、第2絶縁層22の比誘電率よりも小さい。
【選択図】図7
Description
p型導電型およびn型導電型の一方の導電型を有する第1半導体層上に、p型導電型およびn型導電型の他方の導電型を有する第2半導体層が積層されたメサ構造を有し、前記メサ構造の上面には前記第2半導体層が露出し、前記メサ構造の側面にはpn接合界面が露出し、前記メサ構造の外側の上面には前記第1半導体層が露出した半導体部材と、
前記メサ構造の側面上および前記メサ構造の外側の上面上に配置された絶縁膜と、
前記メサ構造の上面で前記第2半導体層と電気的に接続され、前記絶縁膜上で前記メサ構造の側面上および前記メサ構造の外側の上面上に延在する第1電極と、
前記第1半導体層の下面で前記第1半導体層と電気的に接続された第2電極と、
を有し、
前記絶縁膜は、第1絶縁層および第2絶縁層を含んで構成され、
前記第1絶縁層は、前記メサ構造の側面と前記メサ構造の外側の上面とが接続する角部を覆うように配置され、
前記第2絶縁層は、前記メサ構造の側面に露出した前記pn接合界面を覆うように配置されているか、または、前記第1電極の電極端直下で前記絶縁膜の全厚さを構成して前記電極端直下を覆うように配置され、
前記第2絶縁層の比誘電率は、前記半導体部材の比誘電率以上であり、
前記第1絶縁層の比誘電率は、前記第2絶縁層の比誘電率よりも小さい、
半導体装置
が提供される。
C20=ε0ε20/TBA・・・(1)
ここで、ε0は真空の誘電率であり、ε20は絶縁膜20を形成する材料の比誘電率であり、TBAはBA間の絶縁膜20の厚さである。
VBA∝1/C20=TBA/ε0ε20・・・(2)
と表される。
ここで、ε0は真空の誘電率(8.85×10−12(F/m))、ε10は半導体部材10の比誘電率(例えば9.5)、Na、Ndはアクセプタ濃度、ドナー濃度、VDは拡散電位、qは電荷(1.6×10−19(C))である。
DE間に印加される電圧VDEは、
と表される。
ここで、TDEはDE間の厚さであり、p型半導体層12の膜厚とメサ段差から導き出すことができる。
また、pn電極30、40間に電圧V0が印加されているとき、絶縁膜20(BA間)に印加される電圧VBA、絶縁膜20直下の空乏層に印加される電圧VDLは、単位面積当たりの絶縁膜20の容量C20、および絶縁膜20直下の空乏層の容量CDLを示す、
を用いて計算される。
ここで、ε20は絶縁膜20の比誘電率、VDLは絶縁膜20直下の空乏層に印加される電圧(=V0−VBA)、TBAは絶縁膜20の(BA間の)膜厚、TDLは絶縁膜20直下の空乏層の膜厚、Qは絶縁膜20に蓄えられる電荷(=空乏層に蓄えられる電荷)である。
絶縁膜20の膜厚TBAと比誘電率ε20とが決まれば、VBA、VDL、C20(単位面積当たりの絶縁膜20の容量)を導き出すことができ、それらの関係性を規定できる。
p型導電型およびn型導電型の一方の導電型を有する第1半導体層上に、p型導電型およびn型導電型の他方の導電型を有する第2半導体層が積層されたメサ構造を有し、前記メサ構造の上面には前記第2半導体層が露出し、前記メサ構造の側面にはpn接合界面が露出し、前記メサ構造の外側の上面には前記第1半導体層が露出した半導体部材と、
前記メサ構造の側面上および前記メサ構造の外側の上面上に配置された絶縁膜と、
前記メサ構造の上面で前記第2半導体層と電気的に接続され、前記絶縁膜上で前記メサ構造の側面上および前記メサ構造の外側の上面上に延在する第1電極と、
前記第1半導体層の下面で前記第1半導体層と電気的に接続された第2電極と、
を有し、
前記絶縁膜は、第1絶縁層および第2絶縁層を含んで構成され、
前記第1絶縁層は、前記メサ構造の側面と前記メサ構造の外側の上面とが接続する角部を覆うように配置され、
前記第2絶縁層は、前記メサ構造の側面に露出した前記pn接合界面を覆うように配置されているか、または、前記第1電極の電極端直下で前記絶縁膜の全厚さを構成して前記電極端直下を覆うように配置され、
前記第2絶縁層の比誘電率は、前記半導体部材の比誘電率以上であり、
前記第1絶縁層の比誘電率は、前記第2絶縁層の比誘電率よりも小さい、
半導体装置。
前記第2絶縁層は、前記メサ構造の側面に露出した前記pn接合界面を覆うように配置されている付記1に記載の半導体装置。
前記第2絶縁層は、前記メサ構造の側面に露出した前記pn接合界面を覆うとともに、前記第1電極の電極端直下で前記絶縁膜の全厚さを構成して前記電極端直下を覆うように配置されている付記1に記載の半導体装置。
前記第1絶縁層と前記第2絶縁層の積層部分で、前記第1絶縁層と前記第2絶縁層の間に、前記第1絶縁層と前記第2絶縁層の中間の比誘電率を有する他の絶縁層が介在する付記1〜3のいずれか1つに記載の半導体装置。
前記第1絶縁層は、前記角部を覆うとともに、前記メサ構造の側面に露出した前記pn接合界面を覆うように配置され、
前記第2絶縁層は、前記第1電極の電極端直下で前記絶縁膜の全厚さを構成して前記電極端直下を覆うように配置されている付記1に記載の半導体装置。
前記第1絶縁層の比誘電率は、前記半導体部材の比誘電率以上である付記5に記載の半導体装置。
前記第1電極と前記第2電極との間に逆バイアス電圧が掛かった状態において前記角部に掛かる電界強度が、前記絶縁膜全体の比誘電率が前記第2絶縁層の比誘電率と等しい場合に前記角部に掛かる電界強度よりも小さくなるような、前記第1絶縁層の比誘電率を有する付記1〜6のいずれか1つに記載の半導体装置。
前記第1電極と前記第2電極との間に逆バイアス電圧が掛かった状態において前記角部に掛かる電界強度が、前記絶縁膜が酸化シリコンで形成されていると仮定した場合に前記メサ構造の側面のpn接合界面に掛かる電界強度未満となるような、前記第1絶縁層の比誘電率を有する付記1〜7のいずれか1つに記載の半導体装置。
前記第1電極と前記第2電極との間に逆バイアス電圧が掛かった状態において前記角部に掛かる電界強度が、前記絶縁膜が窒化シリコンで形成されていると仮定した場合に前記メサ構造の側面のpn接合界面に掛かる電界強度未満となるような、前記第1絶縁層の比誘電率を有する付記1〜8のいずれか1つに記載の半導体装置。
p型導電型およびn型導電型の一方の導電型を有する第1半導体層上に、p型導電型およびn型導電型の他方の導電型を有する第2半導体層が積層されたメサ構造を有し、前記メサ構造の上面には前記第2半導体層が露出し、前記メサ構造の側面にはpn接合界面が露出し、前記メサ構造の外側の上面には前記第1半導体層が露出した半導体部材と、
前記メサ構造の側面上および前記メサ構造の外側の上面上に配置された絶縁膜と、
前記メサ構造の上面で前記第2半導体層と電気的に接続され、前記絶縁膜上で前記メサ構造の側面上および前記メサ構造の外側の上面上に延在する第1電極と、
前記第1半導体層の下面で前記第1半導体層と電気的に接続された第2電極と、
を有し、
前記第1電極と前記第2電極との間に逆バイアス電圧が掛かった状態において、前記メサ構造の側面上に配置された前記絶縁膜の側面と、前記メサ構造の外側の上面上に配置された前記絶縁膜の上面とが接続する角部の位置である第1位置と、前記メサ構造の側面と、前記メサ構造の外側の上面とが接続する角部の位置である第2位置と、の間の前記絶縁膜に掛かる第1電圧が、前記第1電極が前記第2半導体層と接触している領域の下方におけるpn接合界面の位置である第3位置と、前記第2位置の高さで前記第3位置の直下の位置である第4位置と、の間の前記第1半導体層に掛かる第2電圧以下となるような、前記絶縁膜の容量を有する半導体装置。
前記第1電圧が前記第2電圧と等しくなるような、前記絶縁膜の容量を有する付記10に記載の半導体装置。
前記絶縁膜の比誘電率は、前記半導体部材(第1半導体層および第2半導体層)の比誘電率以上である付記10または11に記載の半導体装置。
前記逆バイアス電圧が掛かった状態において前記第2位置に掛かる電界強度が、前記絶縁膜が酸化シリコンで形成されていると仮定した場合に前記メサ構造の側面のpn接合界面の位置である第5位置に掛かる電界強度未満となるような、前記絶縁膜の比誘電率を有する付記10〜12のいずれか1つに記載の半導体装置。
前記逆バイアス電圧が掛かった状態において前記第2位置に掛かる電界強度が、前記絶縁膜が窒化シリコンで形成されていると仮定した場合に前記メサ構造の側面のpn接合界面の位置である第5位置に掛かる電界強度未満となるような、前記絶縁膜の比誘電率を有する付記10〜13のいずれか1つに記載の半導体装置。
p型導電型およびn型導電型の一方の導電型を有する第1半導体層上に、p型導電型およびn型導電型の他方の導電型を有する第2半導体層が積層されたメサ構造を有し、前記メサ構造の上面には前記第2半導体層が露出し、前記メサ構造の側面にはpn接合界面が露出し、前記メサ構造の外側の上面には前記第1半導体層が露出した半導体部材と、
前記メサ構造の側面上および前記メサ構造の外側の上面上に配置された絶縁膜と、
前記メサ構造の上面で前記第2半導体層と電気的に接続され、前記絶縁膜上で前記メサ構造の側面上および前記メサ構造の外側の上面上に延在する第1電極と、
前記第1半導体層の下面で前記第1半導体層と電気的に接続された第2電極と、
を有し、
前記絶縁膜の比誘電率は、前記半導体部材の比誘電率以上である半導体装置。
11 n型半導体層
12 p型半導体層
20 絶縁膜
21 第1絶縁層
22 第2絶縁層
30 p側電極
40 n側電極
100 半導体装置
Claims (5)
- p型導電型およびn型導電型の一方の導電型を有する第1半導体層上に、p型導電型およびn型導電型の他方の導電型を有する第2半導体層が積層されたメサ構造を有し、前記メサ構造の上面には前記第2半導体層が露出し、前記メサ構造の側面にはpn接合界面が露出し、前記メサ構造の外側の上面には前記第1半導体層が露出した半導体部材と、
前記メサ構造の側面上および前記メサ構造の外側の上面上に配置された絶縁膜と、
前記メサ構造の上面で前記第2半導体層と電気的に接続され、前記絶縁膜上で前記メサ構造の側面上および前記メサ構造の外側の上面上に延在する第1電極と、
前記第1半導体層の下面で前記第1半導体層と電気的に接続された第2電極と、
を有し、
前記絶縁膜は、第1絶縁層および第2絶縁層を含んで構成され、
前記第1絶縁層は、前記メサ構造の側面と前記メサ構造の外側の上面とが接続する角部を覆うように配置され、
前記第2絶縁層は、前記メサ構造の側面に露出した前記pn接合界面を覆うように配置されているか、または、前記第1電極の電極端直下で前記絶縁膜の全厚さを構成して前記電極端直下を覆うように配置され、
前記第2絶縁層の比誘電率は、前記半導体部材の比誘電率以上であり、
前記第1絶縁層の比誘電率は、前記第2絶縁層の比誘電率よりも小さい、
半導体装置。 - 前記第2絶縁層は、前記メサ構造の側面に露出した前記pn接合界面を覆うように配置されている請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第2絶縁層は、前記メサ構造の側面に露出した前記pn接合界面を覆うとともに、前記第1電極の電極端直下で前記絶縁膜の全厚さを構成して前記電極端直下を覆うように配置されている請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第1絶縁層と前記第2絶縁層の積層部分で、前記第1絶縁層と前記第2絶縁層の間に、前記第1絶縁層と前記第2絶縁層の中間の比誘電率を有する他の絶縁層が介在する請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記第1絶縁層は、前記角部を覆うとともに、前記メサ構造の側面に露出した前記pn接合界面を覆うように配置され、
前記第2絶縁層は、前記第1電極の電極端直下で前記絶縁膜の全厚さを構成して前記電極端直下を覆うように配置されている請求項1に記載の半導体装置。
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