JP5140347B2 - バイポーラトランジスタ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本バイポーラトランジスタは電力用として好適である。
(1)p型半導体からなるベース層、n型半導体からなる第1のエミッタ層、及びドナー密度が前記第1のエミッタ層に比較して高いn型半導体からなる第2のエミッタ層が順次積層され、且つ
前記第1のエミッタ層の一部、前記第2のエミッタ層、及び表面保護絶縁膜を有してなるメサ構造を有し、且つ
前記第2のエミッタ層の周辺に再結合抑制半導体領域を挟んで設けられ、前記ベース層に電気的に接続するベースコンタクト領域を有するバイポーラトランジスタであって、
前記再結合抑制半導体領域が前記第1のエミッタ層と同一のドナー密度を有する同一の半導体からなり、前記ベース層と前記表面保護絶縁膜とに接して存在するとともに、
該再結合抑制半導体領域の幅が前記ベース層中の電子の拡散距離以上あることを特徴とするバイポーラトランジスタ。
(2)n型半導体からなるゲート層、p型半導体からなる第1のアノード層、及びアクセプタ密度が前記第1のアノード層に比較して高いp型半導体からなる第2のアノード層が順次積層され、且つ
前記第1のアノード層の一部、前記第2のアノード層、及び表面保護絶縁膜を有してなるメサ構造を有し、且つ
前記第2のアノード層の周辺に再結合抑制半導体領域を挟んで設けられ、前記ゲート層に電気的に接続するゲートコンタクト領域を有するサイリスタであって、
前記再結合抑制半導体領域が前記第1のアノード層と同一のアクセプタ密度を有する同一の半導体からなり、前記ゲート層と前記表面保護絶縁膜とに接して存在するとともに、
該再結合抑制半導体領域の幅が前記ゲート層中の正孔の拡散距離以上あることを特徴とするサイリスタ。
(3)前記第2のエミッタ層上に、正孔バリア層、エミッタコンタクト層が、更に、順次積層されたことを特徴とする前項(1)に記載のバイポーラトランジスタ。
(4)前記第2のエミッタ層上に、正孔バリア層、伝導帯不連続緩和層、エミッタコンタクト層が、更に、順次積層されたことを特徴とする前項(1)に記載のバイポーラトランジスタ。
(5)前記ベース層、前記第1のエミッタ層、及び前記第2のエミッタ層はSiCからなることを特徴とする前項(1)、(3)ならびに(4)に記載のバイポーラトランジスタ。
(6)前記ゲート層、前記第1のアノード層、及び前記第2のアノード層はSiCからなることを特徴とする前項(2)に記載のサイリスタ。
(7)前記エミッタコンタクト層は多結晶Siからなることを特徴とする前項(3)から(5)に記載のバイポーラトランジスタ。
(8)前記正孔バリア層はAlGaN混晶からなることを特徴とする前項(3)、(4)、(5)ならびに(7)に記載のバイポーラトランジスタ。
(9)前記正孔バリア層はHfO2または相対する面をSiNに挟まれたHfO2からなることを特徴とする前項(3)、(4)、(5)ならびに(7)に記載のバイポーラトランジスタ。
(10)前記伝導帯不連続緩和層はSiNからなることを特徴とする前項(4)、及び前項(7)から(9)に記載のバイポーラトランジスタ。
(11)n型半導体基板上にp型半導体からなるベース層、n型半導体からなる第1のエミッタ層、及びドナー密度が前記第1のエミッタ層に比較して高いn型半導体からなる第2のエミッタ層を順次積層する工程と、
前記第2のエミッタ層と前記第1のエミッタ層の一部を部分的にエッチングしてエミッタ領域を形成する工程と、
前記エッチングにより露出した第1のエミッタ層を介して前記ベース層に電気的に接続するベースコンタクト領域を形成する工程と、
エミッタ、ベース、コレクタの各電極をそれぞれ前記第2のエミッタ層、前記ベースコンタクト領域、前記n型半導体基板に形成する工程と、
表面保護絶縁膜を前記エッチングにより露出された第1のエミッタ層に接して形成する工程と
を有することを特徴とするバイポーラトランジスタの製造方法。
(12)n型半導体基板上にn型半導体からなるゲート層、p型半導体からなる第1のアノード層、及びアクセプタ密度が前記第1のアノード層に比較して高いp型半導体からなる第2のアノード層を順次積層する工程と、
前記第2のアノード層と前記第1のアノード層の一部を部分的にエッチングしてアノード領域を形成する工程と、
前記エッチングにより露出した第1のアノード層を介して前記ゲート層に電気的に接続するゲートコンタクト領域を形成する工程と、
アノード、ゲート、カソードの各電極をそれぞれ前記アノード層、前記ゲートコンタクト領域、前記n型半導体基板に形成する工程と、
表面保護絶縁膜を前記エッチングにより露出された第1のアノード層に接して形成する工程と
を有することを特徴とするサイリスタの製造方法。
(13)n型半導体基板上にp型半導体からなるベース層、n型半導体からなる第1のエミッタ層、ドナー密度が前記第1のエミッタ層に比較して高いn型半導体からなる第2のエミッタ層、正孔バリア層、及びエミッタコンタクト層を順次積層する工程と、
前記エミッタコンタクト層、前記正孔バリア層、及び第2のエミッタ層と、前記第1のエミッタ層の一部を部分的にエッチングしてエミッタ領域を形成する工程と、
前記エッチングにより露出した第1のエミッタ層を介して前記ベース層に電気的に接続するベースコンタクト領域を形成する工程と、
エミッタ、ベース、コレクタの各電極をそれぞれ前記エミッタコンタクト層、前記ベースコンタクト領域、前記n型半導体基板に形成する工程と、
表面保護絶縁膜を前記エッチングにより露出された第1のエミッタ層に接して形成する工程と
を有することを特徴とするバイポーラトランジスタの製造方法。
(14)n型半導体基板上にp型半導体からなるベース層、n型半導体からなる第1のエミッタ層、ドナー密度が前記第1のエミッタ層に比較して高いn型半導体からなる第2のエミッタ層、正孔バリア層、伝導帯不連続緩和層、及びエミッタコンタクト層を順次積層する工程と、
前記エミッタコンタクト層、前記伝導帯不連続緩和層、前記正孔バリア層、及び第2のエミッタ層と、前記第1のエミッタ層の一部を部分的にエッチングしてエミッタ領域を形成する工程と、
前記エッチングにより露出した第1のエミッタ層を介して前記ベース層に電気的に接続するベースコンタクト領域を形成する工程と、
エミッタ、ベース、コレクタの各電極をそれぞれ前記エミッタコンタクト層、前記ベースコンタクト領域、前記n型半導体基板に形成する工程と、
表面保護絶縁膜を前記エッチングにより露出された第1のエミッタ層に接して形成する工程と、を有することを特徴とするバイポーラトランジスタの製造方法。
本発明の第1の実施例であるnpn型SiCバイポーラトランジスタとその製造工程を図1、図7から図11、及び図23を用いて説明する。
本発明の第2の実施例であるSiCサイリスタとその製造工程を図2、図12から図16を用いて説明する。
本発明の第3の実施例であるnpn型SiCバイポーラトランジスタとその製造工程を図17から図23及び図29を用いて説明する。
実施例3におけるHfO2正孔バリア層63に代えて、積層構造SiN/HfO2/SiNからなる正孔バリア層を採用した。その結果、製造ごとのHfO2特性ばらつきが大幅に低減した。尚、積層構造の各層は、SiNが厚さ1nm、HfO2が厚さ1nm、SiNが厚さ1nmとした。
実施例3におけるHfO2正孔バリア層63および非晶質SiN伝導帯不連続緩和層64に代えて、AlxGa1−xN(厚さ5nm、xは0.3固定、あるいは0から0.3の範囲で変化)を用いた。一般に、エミッタコンタクト層、正孔バリア層、第2のエミッタ層の材質によらず、正孔バリア層と、エミッタコンタクト層および第2のエミッタ層とのその伝導帯不連続量が0.15eVを超えると、エミッタコンタクト層中のほとんどの電子が正孔バリアでブロックされてしまうため、実施例3に記載したような伝導帯不連続緩和層が必要となる。それに対し、AlxGa1-xN正孔バリア層はx=0.3において、多結晶Siエミッタコンタクト層およびn型SiC第2のエミッタ層との伝導帯不連続量がほぼ0と小さく、実施例3および実施例4において必要だった伝導帯不連続緩和層が不要となる。なお、伝導帯不連続量が0であれば、正孔バリア層はその材質や他の層の材質によらず、有効質量の大きな正孔のトンネルを抑制できる厚さ、具体的には1nm以上あればよく、厚さの上限はない。伝導帯不連続量が0.15eV以下の有限の値となるAlxGa1-xN(0<x<0.3)を正孔バリア層に用いる場合には、電子がトンネルできる厚さである必要があり、例えば伝導帯不連続量が0.15eVの場合、5nm以下とする必要がある。
本発明の第6の実施例である電力スイッチング用マルチフィンガー型バイポーラトランジスタを図24の平面図に基づき説明する。
本発明の第7の実施例であるインバータを、図25から図27を用いて説明する。
Claims (11)
- p型半導体からなるベース層、n型半導体からなる第1のエミッタ層、及びドナー密度が前記第1のエミッタ層に比較して高いn型半導体からなる第2のエミッタ層が順次積層され、且つ
前記第1のエミッタ層の一部、前記第2のエミッタ層、及び表面保護絶縁膜を有してなるメサ構造を有し、且つ
前記第2のエミッタ層の周辺に再結合抑制半導体領域を挟んで設けられ、前記ベース層に電気的に接続するベースコンタクト領域を有するバイポーラトランジスタであって、
前記再結合抑制半導体領域が前記第1のエミッタ層と同一のドナー密度を有する同一の半導体からなり、前記ベース層と前記表面保護絶縁膜とに接して存在するとともに、
該再結合抑制半導体領域の幅が前記ベース層中の電子の拡散距離以上あり、
前記第2のエミッタ層上に、正孔バリア層、エミッタコンタクト層が、更に、順次積層されたことを特徴とするバイポーラトランジスタ。 - p型半導体からなるベース層、n型半導体からなる第1のエミッタ層、及びドナー密度が前記第1のエミッタ層に比較して高いn型半導体からなる第2のエミッタ層が順次積層され、且つ
前記第1のエミッタ層の一部、前記第2のエミッタ層、及び表面保護絶縁膜を有してなるメサ構造を有し、且つ
前記第2のエミッタ層の周辺に再結合抑制半導体領域を挟んで設けられ、前記ベース層に電気的に接続するベースコンタクト領域を有するバイポーラトランジスタであって、
前記再結合抑制半導体領域が前記第1のエミッタ層と同一のドナー密度を有する同一の半導体からなり、前記ベース層と前記表面保護絶縁膜とに接して存在するとともに、
該再結合抑制半導体領域の幅が前記ベース層中の電子の拡散距離以上あり、
前記第2のエミッタ層上に、正孔バリア層、伝導帯不連続緩和層、エミッタコンタクト層が、更に、順次積層されたことを特徴とするバイポーラトランジスタ。 - 前記ベース層、前記第1のエミッタ層、及び前記第2のエミッタ層はSiCからなることを特徴とする請求項1に記載のバイポーラトランジスタ。
- 前記ベース層、前記第1のエミッタ層、及び前記第2のエミッタ層はSiCからなることを特徴とする請求項1又は2に記載のバイポーラトランジスタ。
- 前記エミッタコンタクト層は多結晶Siからなることを特徴とする請求項1に記載のバイポーラトランジスタ。
- 前記正孔バリア層はAlGaN混晶からなることを特徴とする請求項2に記載のバイポーラトランジスタ。
- 前記正孔バリア層はHfO 2 または相対する面をSiNに挟まれたHfO 2 からなることを特徴とする請求項1に記載のバイポーラトランジスタ。
- 前記正孔バリア層はHfO 2 または相対する面をSiNに挟まれたHfO 2 からなることを特徴とする請求項2に記載のバイポーラトランジスタ。
- 前記伝導帯不連続緩和層はSiNからなることを特徴とする請求項2に記載のバイポーラトランジスタ。
- n型半導体基板上にp型半導体からなるベース層、n型半導体からなる第1のエミッタ層、ドナー密度が前記第1のエミッタ層に比較して高いn型半導体からなる第2のエミッタ層、正孔バリア層、及びエミッタコンタクト層を順次積層する工程と、
前記エミッタコンタクト層、前記正孔バリア層、及び第2のエミッタ層と、前記第1のエミッタ層の一部を部分的にエッチングしてエミッタ領域を形成する工程と、
前記エッチングにより露出した第1のエミッタ層を介して前記ベース層に電気的に接続するベースコンタクト領域を形成する工程と、
エミッタ、ベース、コレクタの各電極をそれぞれ前記エミッタコンタクト層、前記ベースコンタクト領域、前記n型半導体基板に形成する工程と、
表面保護絶縁膜を前記エッチングにより露出された第1のエミッタ層に接して形成する工程と
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前記エミッタコンタクト層、前記伝導帯不連続緩和層、前記正孔バリア層、及び第2のエミッタ層と、前記第1のエミッタ層の一部を部分的にエッチングしてエミッタ領域を形成する工程と、
前記エッチングにより露出した第1のエミッタ層を介して前記ベース層に電気的に接続するベースコンタクト領域を形成する工程と、
エミッタ、ベース、コレクタの各電極をそれぞれ前記エミッタコンタクト層、前記ベースコンタクト領域、前記n型半導体基板に形成する工程と、
表面保護絶縁膜を前記エッチングにより露出された第1のエミッタ層に接して形成する工程と
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