JP4509639B2 - 半導体素子 - Google Patents
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Description
本発明は、ドーピング技術等によりダイヤモンドの潜在性能を引き出すことを可能にしようとするものである。その手段の骨子は、ダイヤモンド半導体チップ中に当該素子機能とともに加熱手段を設ける点にあり、ダイヤモンドにおける深いエネルギー準位を与える不純物(ボロン、リン等)のドーピングによる伝導の温度変化特性を用いて、加熱用電力を抑制する構成を提供する点にある。
図2は、各半導体材料の電気的特性を比較計算した特性図であり、横軸は絶縁耐圧、縦軸は素子抵抗を示す。図2に示されるように、Siに比べてSiCやGaNは桁違いの高性能が期待される。ここでの高性能とは同じ絶縁耐圧に対して素子の抵抗が低い、すなわち損失が少ないことを示している。図2によれば、SiCやGaNなどに比べてダイヤモンドはさらに高い性能を示すことが予測されている。即ち、ダイヤモンドはパワーデバイスとしての性能を潜在的に備えている。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体素子の構成を示す断面図及び平面図である。図1(a)は図1(b)の線分AA´における素子の断面図である。図1に示す半導体素子はダイオードであり、高耐圧ダイオードや発光(または受光)ダイオードとして用いられるものである。
図3は、本発明の第2の実施形態に係る半導体素子の構成を示す断面図及び平面図である。図3(a)は図3(b)の線分AA´における素子の断面図である。図1に対応する部分には同一符号を付して示す。図3に示す半導体素子はダイオードであり、高耐圧ダイオードや発光(または受光)ダイオードとして用いられるものである。
図4は、本発明の第3の実施形態に係る半導体素子の構成を示す断面図及び平面図である。図4(a)は図4(b)の線分AA´における素子の断面図である。図2に対応する部分には同一符号を付して示す。図4に示す半導体素子はダイオードであり、高耐圧ダイオードや発光(または受光)ダイオードとして用いられるものである。
図5は、本発明の第4の実施形態に係る半導体素子の構成を示す断面図である。図1に対応する部分には同一符号を付して示す。図5に示す半導体素子はダイオードであり、高耐圧ダイオードや発光(または受光)ダイオードとして用いられるものである。
図6は、本発明の第5の実施形態に係る半導体素子の構成を示す断面図である。図5に対応する部分には同一符号を付して示す。図6に示す半導体素子はダイオードであり、高耐圧ダイオードや発光(または受光)ダイオードとして用いられるものである。
図7は、本発明の第6の実施形態に係る半導体素子の構成を示す断面図である。図5に対応する部分には同一符号を付して示す。図7に示す半導体素子はダイオードであり、高耐圧ダイオードや発光(または受光)ダイオードとして用いられるものである。
図8は、本発明の第7の実施形態に係る半導体素子の構成を示す断面図である。図1、図7に対応する部分には同一符号を付して示す。図8に示す半導体素子はダイオードであり、高耐圧ダイオードや発光(または受光)ダイオードとして用いられるものである。
1b‥i型ダイヤモンド層
2、12‥n型ダイヤモンド領域
3、53‥アノード電極
4、14‥カソード電極
5、15a、15b、55‥予熱電極
6‥抵抗体
7、7a、7b、9‥電圧源
7c‥ノード
8‥制限抵抗
56‥温度感知素子
57‥電流(または電圧)制御手段
75、85‥ショットキー電極
Claims (14)
- p型のダイヤモンド層と、該p型のダイヤモンド層との間にpn接合を形成するn型のダイヤモンド層と、前記p型のダイヤモンド層に対する通電用の第1の電極と、前記n型のダイヤモンド層に対する通電用の第2の電極と、前記第1の電極との間に加熱用電流の経路を形成する前記p型のダイヤモンド層に設けられた加熱電極とを具備することを特徴とする半導体素子。
- p型のダイヤモンド層と、n型のダイヤモンド層と、前記p型のダイヤモンド層と前記n型のダイヤモンド層との間に設けられpin接合を形成するi型のダイヤモンド層と、前記p型のダイヤモンド層に対する通電用の第1の電極と、前記n型のダイヤモンド層に対する通電用の第2の電極と、前記第1の電極との間に加熱用電流の経路を形成する前記p型のダイヤモンド層に設けられた加熱電極とを具備することを特徴とする半導体素子。
- 前記第1の電極は、前記p型のダイヤモンド層に対して前記n型のダイヤモンド層と反対側に設けられ、前記加熱電極は前記p型のダイヤモンド層に対して前記n型のダイヤモンド層と同じ側に設けられていることを特徴とする請求項1又は2記載の半導体素子。
- 前記第1の電極及び前記加熱電極はそれぞれ、前記p型のダイヤモンド層に対して前記n型のダイヤモンド層と反対側に設けられていることを特徴とする請求項1又は2記載の半導体素子。
- 対向する第1表面及び第2表面を有するp型のダイヤモンド層と、該p型のダイヤモンド層の第1表面の一部に設けられたn型のダイヤモンド領域と、前記p型のダイヤモンド層の第2表面の側に設けられた第1の電極と、前記n型のダイヤモンド領域上に設けられた第2の電極と、前記p型のダイヤモンド層の第1表面のうち前記n型のダイヤモンド領域以外の領域上に設けられた加熱電極とを具備することを特徴とする半導体素子。
- 対向する第1表面及び第2表面を有するp型のダイヤモンド層と、該p型のダイヤモンド層の第1表面の一部に設けられたn型のダイヤモンド領域と、前記p型のダイヤモンド層の第2表面の側に部分的に設けられた第1の電極と、前記n型のダイヤモンド領域上に設けられた第2の電極と、前記p型のダイヤモンド層の第2表面のうち前記第2の電極が設けられた領域以外の領域に設けられた加熱電極とを具備することを特徴とする半導体素子。
- 前記加熱電極は、前記p型のダイヤモンド層との間にショットキー接合を形成する電極であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の半導体素子。
- 前記加熱電極は、前記第1の電極と前記第2の電極との間に印加される電圧を分圧した電圧が印加されることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の半導体素子。
- 前記p型のダイヤモンド層の温度が所定温度を越えると前記加熱電極に流れる電流を抑制する制御回路をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の半導体素子。
- 前記加熱電極は、前記n型のダイヤモンド領域を取り囲んで設けられていることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の半導体素子。
- 前記加熱電極は、前記n型のダイヤモンド領域を挟む複数の位置に設けられていることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の半導体素子。
- 複数の前記加熱電極を互いに結んで設けられた抵抗体をさらに備えることを特徴とする請求項11記載の半導体素子。
- 前記加熱電極は当該半導体素子の動作に対して予熱を行う予熱電極であることを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載の半導体素子。
- 当該半導体素子は高耐圧ダイオード又は発光ダイオードを備えることを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載の半導体素子。
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