JP4879507B2 - バイポーラ型半導体装置の順方向電圧回復方法、積層欠陥縮小方法およびバイポーラ型半導体装置 - Google Patents
バイポーラ型半導体装置の順方向電圧回復方法、積層欠陥縮小方法およびバイポーラ型半導体装置 Download PDFInfo
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Description
スライスした基板の表面に、CVD法によりエピタキシャル単結晶膜を成長させたSiC単結晶基板が使用されている。
例えば、(0001)Si面からオフ角が8°となるように傾けたSiC単結晶基板では、基板表面におけるベーサルプレーン転位密度は、結晶品質にもよるが典型的には102
〜104個/cm2となる。
る工程において、SiCエピタキシャル膜にはベーサルプレーン転位以外にも各種の結晶欠陥が発生する。具体的には、例えば点欠陥、刃状転位、螺旋転位、およびこれらの混合転位などの線状転位、ループ状の転位などの結晶欠陥がSiC単結晶エピタキシャル膜の内部に発生する。また、CVD法による成膜後の温度降下時に結晶内部に歪みが起きると考えられ、この際にも上記結晶欠陥が発生すると考えられる。特に、SiCエピタキシャル膜の表面層には上記結晶欠陥が多く存在すると考えられる。
電流通電により順方向電圧が増加した前記バイポーラ型半導体装置を350℃以上の温
度で加熱することを特徴とする。
電流通電により炭化珪素エピタキシャル膜内の積層欠陥面積が拡大した前記バイポーラ型半導体装置を350℃以上の温度で加熱することを特徴とする。
バイポーラ型半導体素子と、
電流通電により増加した前記バイポーラ型半導体素子の順方向電圧を回復させるために、電流通電を停止した状態で該バイポーラ型半導体素子を350℃以上の温度で加熱する際に該バイポーラ型半導体素子の温度を検知する温度検知素子と、が同一の炭化珪素単結晶基板に形成されていることを特徴とする
本発明のバイポーラ型半導体装置は、炭化珪素単結晶基板の表面から成長させた炭化珪素エピタキシャル膜の内部で通電時に電子と正孔が再結合するバイポーラ型半導体装置であって、
バイポーラ型半導体素子と、
電流通電により増加した前記バイポーラ型半導体素子の順方向電圧を回復させるために、電流通電を停止した状態で該バイポーラ型半導体素子を350℃以上の温度で加熱するヒータと、
前記ヒータによって前記バイポーラ型半導体素子を加熱する際に該バイポーラ型半導体素子の温度を検知する温度検知素子と、が同一の炭化珪素単結晶基板に形成されていることを特徴とする。
バイポーラ型半導体素子と、
電流通電により拡大した前記バイポーラ型半導体素子内の積層欠陥面積を縮小させるために、電流通電を停止した状態で該バイポーラ型半導体素子を350℃以上の温度で加熱する際に該バイポーラ型半導体素子の温度を検知する温度検知素子と、が同一の炭化珪素単結晶基板に形成されていることを特徴とする
本発明のバイポーラ型半導体装置は、炭化珪素単結晶基板の表面から成長させた炭化珪素エピタキシャル膜の内部で通電時に電子と正孔が再結合するバイポーラ型半導体装置であって、
バイポーラ型半導体素子と、
電流通電により拡大した前記バイポーラ型半導体素子内の積層欠陥面積を縮小させるために、電流通電を停止した状態で該バイポーラ型半導体素子を350℃以上の温度で加熱するヒータと、
前記ヒータによって前記バイポーラ型半導体素子を加熱する際に該バイポーラ型半導体素子の温度を検知する温度検知素子と、が同一の炭化珪素単結晶基板に形成されていることを特徴とする。
また本発明によれば、電流通電により拡大した積層欠陥面積を縮小することができる。
たSiC単結晶基板が使用される。
より処理して鏡面状に平滑化する。
アルミニウムドープp型SiC層(p型接合層24:アクセプタ密度5×1017cm-3、膜厚1.5μm、およびp+型コンタクト層25:アクセプタ密度1×1018cm-3、膜厚0.5μm)を順次エピタキシャル成長させる。
ドなどのバイポーラ型半導体素子では、n型エピタキシャル膜と、n型エピタキシャル膜とp型エピタキシャル膜との界面付近またはn型エピタキシャル膜とp型注入層との界面付近が電流通電時に電子と正孔が再結合領域となり、SiC単結晶基板からエピタキシャル膜に伝搬したベーサルプレーン転位がこの再結合エネルギーによって積層欠陥へと変換される。この積層欠陥が形成された領域は、電流通電時に高抵抗領域として作用すると考えられており、その結果として、積層欠陥の面積拡大に伴ってバイポーラ型半導体素子の順方向電圧が増加することになる。
たところ、図3に示したように、300℃未満の温度で加熱を行ったものでは、順方向電圧の回復が確認されなかった。これに対し、350℃の温度で加熱を行ったものでは順方向電圧の回復が明らかに確認され、加熱温度をさらに高くするにしたがって順方向電圧は徐々に回復した。400℃以上の温度で加熱を行ったものでは、順方向電圧が大幅に回復し、600℃以上の温度で加熱を行ったものでは、順方向電圧が電流通電前の値まで回復した。
み込まれて使用されるが、電力制御装置等に実際に組み込まれたSiCバイポーラ型半導体素子に対して本発明を適用する際には、SiCバイポーラ型半導体素子を所定の温度で加熱するための温度制御装置を設けることが望ましい。
ことはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において各種の変形、変更が可能である。
実施例
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
[実施例1]
図2に示したpnダイオードを試験用に作製した。改良レーリー法により成長させたインゴットをオフ方向[11−20]、オフ角度8°でスライスし、表面を鏡面処理したn型の4H−SiC(0001)基板(キャリア密度8×1018cm-3、厚さ400μm)の上にCVD法によって窒素ドープn型SiC層(ドナー密度5×1014cm-3、膜厚40μm)とアルミニウムドープp型SiC層(p型接合層:アクセプタ密度5×1017cm-3、厚さ1.5μm、およびp+コンタクト層:アクセプタ密度1×1018cm-3、厚さ0.5μm)を順次エピタキシャル成長させた。
後に、順方向電圧を測定した。その結果を図3に示した。
[実施例2]
実施例1で作製したものと同様のpnダイオードを用いて、実施例1と同一の条件で電流通電試験を行った。続いて、400℃、1時間の加熱を行った後に、順方向電圧を測定した。その結果を図3に示した。
[実施例3]
実施例1で作製したものと同様のpnダイオードを用いて、実施例1と同一の条件で電流通電試験を行った。続いて、500℃、1時間の加熱を行った後に、順方向電圧を測定した。その結果を図3に示した。
[実施例4]
実施例1で作製したものと同様のpnダイオードを用いて、実施例1と同一の条件で電流通電試験を行った。続いて、600℃、1時間の加熱を行った後に、順方向電圧を測定した。その結果を図3に示した。
[比較例1]
実施例1で作製したものと同様のpnダイオードを用いて、実施例1と同一の条件で電流通電試験を行った。続いて、300℃、1時間の加熱を行った後に、順方向電圧を測定した。その結果を図3に示した。
[比較例2]
実施例1で作製したものと同様のpnダイオードを用いて、実施例1と同一の条件で電流通電試験を行った。続いて、通電試験後に加熱を行わないで順方向電圧を測定した。その結果を図3に示した。なお、通電試験を行う前の順方向電圧を併せて図3に示した。
[実施例5]
実施例1で作製したものと同様のpnダイオードを用いて、電流通電試験を行った。続いて、このpnダイオードを350℃で所定時間の間加熱した。加熱後のSiCエピタキシャル膜のフォトルミネッセンス像を観察した結果を図4に示した。
[実施例6]
実施例1で作製したものと同様のpnダイオードを用いて、電流通電試験を行った。続いて、このpnダイオードを400℃で所定時間の間加熱した。加熱後のSiCエピタキシャル膜のフォトルミネッセンス像を観察した結果を図4に示した。
[実施例7]
実施例1で作製したものと同様のpnダイオードを用いて、電流通電試験を行った。続いて、このpnダイオードを500℃で所定時間の間加熱した。加熱後のSiCエピタキシャル膜のフォトルミネッセンス像を観察した結果を図4に示した。
[実施例8]
実施例1で作製したものと同様のpnダイオードを用いて、電流通電試験を行った。続いて、このpnダイオードを600℃で所定時間の間加熱した。加熱後のSiCエピタキシャル膜のフォトルミネッセンス像を観察した結果を図4に示した。
[比較例3]
実施例1で作製したものと同様のpnダイオードを用いて、電流通電試験を行った。続いて、このpnダイオードを300℃で所定時間の間加熱した。加熱後のSiCエピタキシャル膜のフォトルミネッセンス像を観察した結果を図4に示した。
[比較例4]
実施例1で作製したものと同様のpnダイオードを用いて、電流通電試験を行った。電流通電後の(通電試験後に加熱は行わなかった。)SiCエピタキシャル膜のフォトルミネッセンス像を観察した結果を図4に示した。
2a n型エピタキシャル膜
2b p型エピタキシャル膜(またはp型注入層)
3 ベーサルプレーン転位
4 スレッディングエッジ転位
5 結晶面
21 基板
23 ドリフト層
24 p型接合層
25 p+型コンタクト層
26 JTE
27 酸化膜
28 カソード電極
29 アノード電極
31 運転制御装置
32 温度制御装置
33 SiCバイポーラ素子
34 電極
35 温度センサ
36 ヒータ
41 SiC単結晶基板
42 エピタキシャル膜
43 pnダイオード
44 温度検知素子
51 pnダイオード
52 ヒータ
53 温度検知素子
θ オフ角
Claims (14)
- 炭化珪素単結晶基板の表面から成長させた炭化珪素エピタキシャル膜の内部で電流通電時に電子と正孔が再結合するバイポーラ型半導体装置の順方向電圧回復方法であって、
電流通電により順方向電圧が増加した前記バイポーラ型半導体装置を350℃以上の温度で加熱することを特徴とするバイポーラ型半導体装置の順方向電圧回復方法。 - 前記バイポーラ型半導体装置を加熱するための温度制御装置を用いて、前記バイポーラ型半導体装置を350℃以上の温度で加熱することを特徴とする請求項1に記載のバイポーラ型半導体装置の順方向電圧回復方法。
- 六方晶の炭化珪素単結晶基板の表面から六方晶の炭化珪素エピタキシャル膜を成長させた基板によって作製したバイポーラ型半導体装置を用いることを特徴とする請求項1または2に記載のバイポーラ型半導体装置の順方向電圧回復方法。
- 六方晶四回周期型の炭化珪素単結晶基板の表面から六方晶四回周期型の炭化珪素エピタキシャル膜を成長させた基板、六方晶六回周期型の炭化珪素単結晶基板の表面から六方晶六回周期型の炭化珪素エピタキシャル膜を成長させた基板、または六方晶二回周期型の炭化珪素単結晶基板の表面から六方晶二回周期型の炭化珪素エピタキシャル膜を成長させた基板によって作製したバイポーラ型半導体装置を用いることを特徴とする請求項3に記載のバイポーラ型半導体装置の順方向電圧回復方法。
- 菱面十五回周期型の炭化珪素単結晶基板の表面から菱面十五回周期型の炭化珪素エピタキシャル膜を成長させた基板によって作製したバイポーラ型半導体装置を用いることを特徴とする請求項1または2に記載のバイポーラ型半導体装置の順方向電圧回復方法。
- 炭化珪素単結晶基板の表面から成長させた炭化珪素エピタキシャル膜の内部で電流通電時に電子と正孔が再結合するバイポーラ型半導体装置の積層欠陥縮小方法であって、
電流通電により炭化珪素エピタキシャル膜内の積層欠陥面積が拡大した前記バイポーラ型半導体装置を350℃以上の温度で加熱することを特徴とするバイポーラ型半導体装置の積層欠陥縮小方法。 - 前記バイポーラ型半導体装置を加熱するための温度制御装置を用いて、前記バイポーラ型半導体装置を350℃以上の温度で加熱することを特徴とする請求項6に記載のバイポーラ型半導体装置の積層欠陥縮小方法。
- 六方晶の炭化珪素単結晶基板の表面から六方晶の炭化珪素エピタキシャル膜を成長させた基板によって作製したバイポーラ型半導体装置を用いることを特徴とする請求項6または7に記載のバイポーラ型半導体装置の積層欠陥縮小方法。
- 六方晶四回周期型の炭化珪素単結晶基板の表面から六方晶四回周期型の炭化珪素エピタキシャル膜を成長させた基板、六方晶六回周期型の炭化珪素単結晶基板の表面から六方晶六回周期型の炭化珪素エピタキシャル膜を成長させた基板、または六方晶二回周期型の炭化珪素単結晶基板の表面から六方晶二回周期型の炭化珪素エピタキシャル膜を成長させた基板によって作製したバイポーラ型半導体装置を用いることを特徴とする請求項8に記載のバイポーラ型半導体装置の積層欠陥縮小方法。
- 菱面十五回周期型の炭化珪素単結晶基板の表面から菱面十五回周期型の炭化珪素エピタキシャル膜を成長させた基板によって作製したバイポーラ型半導体装置を用いることを特徴とする請求項6または7に記載のバイポーラ型半導体装置の積層欠陥縮小方法。
- 炭化珪素単結晶基板の表面から成長させた炭化珪素エピタキシャル膜の内部で通電時に電子と正孔が再結合するバイポーラ型半導体装置であって、
バイポーラ型半導体素子と、
電流通電により増加した前記バイポーラ型半導体素子の順方向電圧を回復させるために、電流通電を停止した状態で該バイポーラ型半導体素子を350℃以上の温度で加熱する際に、該バイポーラ型半導体素子の温度を検知する温度検知素子と、が同一の炭化珪素単結晶基板に形成されていることを特徴とするバイポーラ型半導体装置。 - 炭化珪素単結晶基板の表面から成長させた炭化珪素エピタキシャル膜の内部で通電時に電子と正孔が再結合するバイポーラ型半導体装置であって、
バイポーラ型半導体素子と、
電流通電により増加した前記バイポーラ型半導体素子の順方向電圧を回復させるために、電流通電を停止した状態で該バイポーラ型半導体素子を350℃以上の温度で加熱するヒータと、
前記ヒータによって前記バイポーラ型半導体素子を加熱する際に該バイポーラ型半導体素子の温度を検知する温度検知素子と、が同一の炭化珪素単結晶基板に形成されていることを特徴とするバイポーラ型半導体装置。 - 炭化珪素単結晶基板の表面から成長させた炭化珪素エピタキシャル膜の内部で通電時に電子と正孔が再結合するバイポーラ型半導体装置であって、
バイポーラ型半導体素子と、
電流通電により拡大した前記バイポーラ型半導体素子内の積層欠陥面積を縮小させるために、電流通電を停止した状態で該バイポーラ型半導体素子を350℃以上の温度で加熱する際に、該バイポーラ型半導体素子の温度を検知する温度検知素子と、が同一の炭化珪素単結晶基板に形成されていることを特徴とするバイポーラ型半導体装置。 - 炭化珪素単結晶基板の表面から成長させた炭化珪素エピタキシャル膜の内部で通電時に電子と正孔が再結合するバイポーラ型半導体装置であって、
バイポーラ型半導体素子と、
電流通電により拡大した前記バイポーラ型半導体素子内の積層欠陥面積を縮小させるために、電流通電を停止した状態で該バイポーラ型半導体素子を350℃以上の温度で加熱するヒータと、
前記ヒータによって前記バイポーラ型半導体素子を加熱する際に該バイポーラ型半導体素子の温度を検知する温度検知素子と、が同一の炭化珪素単結晶基板に形成されていることを特徴とするバイポーラ型半導体装置。
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