JP5528515B2 - SiCバイポーラ型半導体素子 - Google Patents
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Description
a)原子空孔(vacansy):原子が格子点から除かれたもの
b)格子間原子(interstitial):原子が、格子点からずれたサイトを占有したもの。格子間原子が、ホスト格子と同種である場合、自己格子間原子(self-interstitial)と呼ばれ、そうでない場合には、格子間不純物原子(interstitial impurity)と呼ばれる。
c)フレンケル対(Frenkel pair):原子空孔が自己格子間原子の近くに位置しているもの
d)アンチサイト(antisite):1つの副格子における原子が他の副格子に配置されたもの
e)不純物:外部原子によるもの
加えて、上記の欠陥が関連したものもしばしば起こり得る。すなわち、複原子空孔(di-vacancy)や、原子空孔-不純物複合体(vacancy-impurity complexes)である。
Kimotoらは、CVD成長の間におけるシリコンに対する炭素の比率の関数として、Z1/Z2中心の濃度依存性を研究した。彼らは、C-リッチな条件における成長が、低いZ1/Z2中心の濃度を得るために鍵となる要因であることを示した(非特許文献3)。
また本発明は、キャリア捕獲中心の少ないSiC半導体素子を提供することを目的とする。
(a)SiC結晶層における浅い表面層に、ある原子をイオン注入することで格子間炭素原子を追加導入する工程と、
(b)SiC結晶を加熱することにより、表面層に追加導入された格子間炭素原子を該表面層から深部(バルク層)へ拡散させるとともに格子間炭素原子と点欠陥とを結合させることで、バルク層における電気的に活性な点欠陥を不活性化する工程と、
を含む、SiC結晶の質を向上させる方法が提供される。
本発明における別の態様では、工程(a)は、特に炭素原子、珪素原子、水素原子、またはヘリウム原子を選択してイオン注入することで、表面層にn型またはp型のドーピングが行われない状態で行われる。
本発明における別の態様では、工程(a)は、90keV以上のエネルギーを有する電子線を照射することで行われる。
本発明における別の態様では、工程(a)はさらに、生成された格子間炭素原子の濃度がバルク層における電気的に活性な点欠陥の濃度を超えるように注入原子のドーズ量を選択することを含む。
工程(a)において、イオン注入時におけるSiC基材の温度は、10〜1700℃の範囲内にあることが好ましく、より好ましくは20℃〜1000℃の範囲内にある。
本発明における1つの態様では、工程(a)および工程(b)において、エピタキシャル層を有するSiCウェハが用いられる。
本発明における別の態様では、工程(a)および工程(b)において、SiCバルク結晶をスライスしたウェハが用いられる。
また本発明によれば、アズグロウンSiC結晶層におけるキャリア捕獲中心を除去または減少することによりSiC結晶の質を向上させる方法であって、
(a)SiC結晶層における浅い表面層に、炭素原子、珪素原子、水素原子、またはヘリウム原子をイオン注入することによって、該表面層に格子間炭素原子を追加導入する工程と、
(b)格子間炭素原子が導入された表面層の端面から上にSiC層を成長させ、表面層に導入された格子間炭素原子を該表面層からこの成長層へ拡散させるとともに格子間炭素原子と点欠陥とを結合させることで、該成長層における電気的に活性な点欠陥を不活性化する工程と、
を含む、SiC結晶の質を向上させる方法が提供される。
工程(a)において、イオン注入時におけるSiC基材の温度は、10〜1700℃の範囲内にあることが好ましく、より好ましくは20℃〜1000℃の範囲内にある。
本発明における別の態様では、工程(a)および工程(b)において、SiCバルク結晶が用いられる。
本発明における別の態様では、工程(a)および工程(b)において、SiCバルク結晶をスライスしたウェハを基板としてSiCエピタキシャル層を得た後に、基板部分を取り去って、エピタキシャル層単体としたSiC単結晶ウェハが用いられる。
本発明において、工程(a)でイオン注入等により格子間炭素原子が導入される浅い表面層の幅は、例えば、表面から100nm〜2000nmまでの範囲内である。工程(b)のアニーリングにより拡散し、電気的に活性な点欠陥を不活性化した炭素原子が存在する領域の幅は、例えば、表面(ウェハ端面)から10000〜300000nm(表面から10μm〜300μm)までの範囲内である。
(a)SiC結晶層における浅い表面層にイオン注入を行い、表面層に格子間原子および原子空孔、またはストレスを導入する工程と、
(b)SiC結晶を加熱することにより、表面層に導入された格子間原子または原子空孔を該表面層からバルク層へ拡散させるとともに格子間原子または原子空孔と点欠陥とを結合させ、あるいは、表面層に導入されたストレスを利用してバルク層中の点欠陥を表面層側に移動させることで、バルク層における電気的に活性な点欠陥を不活性化または消滅させる工程と、
を含む、SiC結晶の質を向上させる方法が提供される。
本発明における別の態様では、工程(a)において、イオン注入する原子がSiC結晶に対して中性的に作用する炭素原子、珪素原子、水素原子、またはヘリウム原子である。
工程(a)において、原子のイオン注入のエネルギーが、10keV〜10MeVの範囲内にあることが好ましい。
工程(b)において、アニーリング温度が、1200〜2200℃の範囲内にあることが好ましい。
(a)SiC結晶層における浅い表面層に、炭素原子、珪素原子、水素原子、またはヘリウム原子をイオン注入することによって、該表面層に格子間原子、原子空孔、および/またはストレスを導入する工程と、
(b)格子間原子および原子空孔、またはストレスが導入された表面層の端面から上にSiC層を成長させ、表面層に導入された格子間原子または原子空孔を該表面層からこの成長層へ拡散させるとともに格子間原子または原子空孔と点欠陥とを結合させ、あるいは、表面層に導入されたストレスを利用して該成長層中の点欠陥を表面層側に移動させることで、該成長層における電気的に活性な点欠陥を不活性化または消滅させる工程と、
を含む、SiC結晶の質を向上させる方法が提供される。
工程(a)において、イオン注入時におけるSiC結晶の温度が、10〜1700℃の範囲内にあることが好ましい。
pn接合界面付近および伝導度変調層(ベース層)内を除いた、SiC基板表面付近、SiC基板とSiCエピタキシャル層との界面付近、およびSiCエピタキシャル層の表面付近のうち少なくとも1つの領域に、炭素注入層、珪素注入層、水素注入層、またはヘリウム注入層を有し、かつ、炭素原子、珪素原子、水素原子、またはヘリウム原子をイオン注入することで導入した格子間炭素原子をアニーリングにより拡散させるとともに格子間炭素原子と点欠陥とを結合させることで、電気的に活性な点欠陥が低減された領域を伝導度変調層内に有する。このようなバイポーラ型SiC半導体素子における好ましい態様としては、以下のものが挙げられる。
(i)高濃度p型層、低濃度n型ベース層、および高濃度n型層を有するSiC pnダイオードであって、
pn接合界面付近および低濃度n型ベース層内を除いた、高濃度p型層の表面付近、および高濃度n型層内のうち少なくとも1つの領域に、炭素注入層、珪素注入層、水素注入層、またはヘリウム注入層を有し、かつ、炭素原子、珪素原子、水素原子、またはヘリウム原子をイオン注入することで導入した格子間炭素原子をアニーリングにより拡散させるとともに格子間炭素原子と点欠陥とを結合させることで、電気的に活性な点欠陥が低減された領域を低濃度n型ベース層内に有するSiC pnダイオード。
(ii)高濃度n型層、低濃度p型ベース層、および高濃度p型層を有するSiC pnダイオードであって、
pn接合界面付近および低濃度p型ベース層内を除いた、高濃度n型層の表面付近、および高濃度p型層内のうち少なくとも1つの領域に、炭素注入層、珪素注入層、水素注入層、またはヘリウム注入層を有し、かつ、炭素原子、珪素原子、水素原子、またはヘリウム原子をイオン注入することで導入した格子間炭素原子をアニーリングにより拡散させるとともに格子間炭素原子と点欠陥とを結合させることで、電気的に活性な点欠陥が低減された領域を低濃度p型ベース層内に有するSiC pnダイオード。
(iii)n型エミッタ層、p型ベース層、およびn型コレクタ層を有するSiC npnトランジスタ型素子であって、
pn接合界面付近およびp型ベース層内を除いた、n型エミッタ層の表面付近、およびn型コレクタ層内のうち少なくとも1つの領域に、炭素注入層、珪素注入層、水素注入層、またはヘリウム注入層を有し、かつ、炭素原子、珪素原子、水素原子、またはヘリウム原子をイオン注入することで導入した格子間炭素原子をアニーリングにより拡散させるとともに格子間炭素原子と点欠陥とを結合させることで、電気的に活性な点欠陥が低減された領域をp型ベース層に有するSiC npnトランジスタ型素子。
(iv)p型エミッタ層、n型ベース層、およびp型コレクタ層を有するSiC pnpト
ランジスタ型素子であって、
pn接合界面付近およびn型ベース層内を除いた、p型エミッタ層の表面付近、およびp型コレクタ層内のうち少なくとも1つの領域に、炭素注入層、珪素注入層、水素注入層、またはヘリウム注入層を有し、かつ、炭素原子、珪素原子、水素原子、またはヘリウム原子をイオン注入することで導入した格子間炭素原子をアニーリングにより拡散させるとともに格子間炭素原子と点欠陥とを結合させることで、電気的に活性な点欠陥が低減された領域をn型ベース層に有するSiC pnpトランジスタ型素子。
(v)p型層、n型ベース層、p型ベース層、およびn型層を有するSiCサイリスタ型
素子(ゲートターンオフ型サイリスタ素子を含む)であって、
pn接合界面付近、n型ベース層内、およびp型ベース層内を除いた、p型層の表面付近、およびn型層内のうち少なくとも1つの領域に、炭素注入層、珪素注入層、水素注入層、またはヘリウム注入層を有し、かつ、炭素原子、珪素原子、水素原子、またはヘリウム原子をイオン注入することで導入した格子間炭素原子をアニーリングにより拡散させるとともに格子間炭素原子と点欠陥とを結合させることで、電気的に活性な点欠陥が低減された領域をn型ベース層内、およびp型ベース層内に有するSiCサイリスタ型素子。
(vi)n型層、p型ベース層、n型ベース層、およびp型層を有するSiCサイリスタ型素子(ゲートターンオフ型サイリスタ素子を含む)であって、
pn接合界面付近、p型ベース層内、およびn型ベース層内を除いた、n型層の表面付近、およびp型層内のうち少なくとも1つの領域に、炭素注入層、珪素注入層、水素注入層、またはヘリウム注入層を有し、かつ、炭素原子、珪素原子、水素原子、またはヘリウム原子をイオン注入することで導入した格子間炭素原子をアニーリングにより拡散させるとともに格子間炭素原子と点欠陥とを結合させることで、電気的に活性な点欠陥が低減された領域をp型ベース層内、およびn型ベース層内に有するSiCサイリスタ型素子。
(vii)p型層、n型ベース層、p型ベース層、およびn型コレクタ層を有するSiC IGBT型素子であって、
p型ベース層とn型コレクタ層の界面付近を除くn型コレクタ層内、およびp型ベース層のn型ベース層側の表面付近のうち少なくとも1つの領域に、炭素注入層、珪素注入層、水素注入層、またはヘリウム注入層を有し、かつ、炭素原子、珪素原子、水素原子、またはヘリウム原子をイオン注入することで導入した格子間炭素原子をアニーリングにより拡散させるとともに格子間炭素原子と点欠陥とを結合させることで、電気的に活性な点欠陥が低減された領域をp型ベース層に有するSiC IGBT型素子。
(viii)n型層、p型ベース層、n型ベース層、およびp型コレクタ層を有するSiC IGBT型素子であって、
n型ベース層とp型コレクタ層との界面付近を除くp型コレクタ層内、およびn型ベース層のp型ベース層側の表面付近のうち少なくとも1つの領域に、炭素注入層、珪素注入層、水素注入層、またはヘリウム注入層を有し、かつ、炭素原子、珪素原子、水素原子、またはヘリウム原子をイオン注入することで導入した格子間炭素原子をアニーリングにより拡散させるとともに格子間炭素原子と点欠陥とを結合させることで、電気的に活性な点欠陥が低減された領域をn型ベース層に有するSiC IGBT型素子。
pn接合界面付近および伝導度変調層(ベース層)内を除いた、SiC基板表面付近、SiC基板とSiCエピタキシャル層との界面付近、およびSiCエピタキシャル層の表面付近のうち少なくとも1つの領域に、炭素注入層、珪素注入層、水素注入層、またはヘリウム注入層を有し、
かつ、炭素原子、珪素原子、水素原子、またはヘリウム原子をイオン注入することで導入した格子間原子および原子空孔をアニーリングにより伝導度変調層内へ拡散させるとともに格子間原子または原子空孔と点欠陥とを結合させ、あるいは、炭素原子、珪素原子、水素原子、またはヘリウム原子をイオン注入することで導入したストレスを利用して伝導度変調層内の点欠陥をアニーリングにより炭素注入層、珪素注入層、水素注入層、またはヘリウム注入層側に移動させることで、電気的に活性な点欠陥が低減された領域を伝導度変調層内に有する。
また本発明のSiC半導体素子は、格子間炭素原子の導入領域ならびに拡散領域においてキャリア捕獲中心の濃度が除去または減少しているので、良好な素子特性を有している。
また、炭素原子(C)が注入された表面層(A)は、エッチングするかまたは機械的に除去してもよい。
以下、図2を参照しながら、上記の工程をn型SiCエピタキシャル層を有する基板に適用した場合の具体的な一例について、工程順に説明する。
図3は、本発明の別の好ましい実施形態における方法を利用して、再結合中心が減少したSiC層を作製する工程を概略的に示した図である。本実施形態では、SiC結晶として、SiCバルク結晶(B)を用いている。このSiCバルク結晶(B)は、アズグロウンSiCバルク結晶をスライスしたウェハであってもよい。
また、炭素原子(C)が注入された表面層(A)は、エッチングするかまたは機械的に除去してもよい。
図4は、本発明の別の好ましい実施形態における方法を利用して、再結合中心が減少したSiC層を作製する工程を概略的に示した図である。本実施形態では、図3と同様に、SiC結晶として、SiCバルク結晶(B)を用いている。ただし,この場合には,図4におけるSiCバルク結晶の上方に,任意のエピタキシャル層が存在する場合を含むものとする。図3の実施形態では、SiCバルク結晶(B)の上面側の表面層(A)に炭素原子(C)をイオン注入してアニーリングによりその下方のSiCバルク結晶(B)へ格子間炭素原子を拡散させたが、本実施形態では、SiCバルク結晶(B)における下面側の浅い表面層(A)に、工程(a)として、炭素原子(C)をイオン注入する。これにより、下面側の表面層(A)には余剰の格子間炭素原子が導入される。
上記において、工程(b)におけるアニーリングは、CVDチャンバ内において加熱下にSiCバルク結晶(B)の上にエピタキシャル層(E)を成長させる工程と同時に行うことができる。
図17は、フォトルミネッセンス減衰による少数キャリアライフタイム測定の結果を示す。ここで、試料(1)は、本発明の好ましい態様により作製されたものであり、試料(2)は、工程(a)を省略した以外は試料(1)と同一条件で作製されたものである。
図18は、異なるアニーリング温度に対するフォトルミネッセンス減衰による少数キャリアライフタイム測定の結果を示す。ここで、試料(1)は、本発明の好ましい態様により作製されたものであり、試料(2)は、工程(a)を省略した以外は試料(1)と同一条件で作製されたものである。アニーリング時間はそれぞれ30分間である。
n型SiCエミッタ層33の表面にはエミッタ電極36が形成され、n型SiCコレクタ層32の表面にはコレクタ電極37が形成されている。
p型SiCエミッタ層43の表面にはエミッタ電極46が形成され、p型SiCコレクタ層42の表面にはコレクタ電極47が形成されている。
に影響を与える伝導度変調層内に、炭素拡散領域200を形成し、格子間炭素と点欠陥とを結合させることで電気的に活性な点欠陥を低減したので、素子特性が良好である。
p型SiC層54の表面にはアノード電極57が形成され、n型SiC層51の表面にはカソード電極58が形成されている。
n型SiC層64の表面にはカソード電極67が形成され、p型SiC層61の表面にはアノード電極68が形成されている。
タキシャル成長法によりp型SiCベース層71が形成されている。
p型SiCベース層71の上には、ゲート絶縁膜としての酸化膜78を介してゲート電極75が形成されている。一方、p型SiCベース層71の上部には、n型ベース層74が形成され、その上にエミッタ電極76が形成されている。n型ベース層74は、ゲート電極75の下の酸化膜78からエミッタ電極76までの範囲に形成されており、さらにn型ベース層74の内側における酸化膜78からエミッタ電極76までの範囲には、p型層73が形成されている。
p型SiCベース層71内には、図1〜図7に示すいずれかの方法を適用することによって、p型SiCベース層71のn型ベース層74側の表面付近、もしくはn型SiCコレクタ層72内に炭素原子(C)をイオン注入して形成された炭素注入層100内の格子間炭素をアニーリングによりp型SiCベース層71内へ拡散することにより炭素拡散領域200が形成されている。
n型SiCベース層81内には、図1〜図7に示すいずれかの方法を適用することによって、n型SiCベース層81のp型ベース層84側の表面付近、もしくはp型SiCコレクタ層82内に炭素原子(C)をイオン注入して形成された炭素注入層100内の格子間炭素をアニーリングによりn型SiCベース層81内へ拡散することにより炭素拡散領域200が形成されている。
本発明においては、SiC層全体の質を向上させることも、または、その一部のみの質を向上させることも可能である。
本明細書における"結晶"の用語は、大きい領域に渡る三次元における良好な格子の周期性を意味する。すなわち、典型的な多結晶構造は除外される。
11 高濃度n型SiC層
12 低濃度n型SiCベース層
13 高濃度p型SiC層
14 電界緩和p型イオン注入層
15 アノード電極
16 カソード電極
20 SiC pnダイオード
21 高濃度p型SiC層
22 低濃度p型SiCベース層
23 高濃度n型SiC層
24 電界緩和n型イオン注入層
25 カソード電極
26 アノード電極
30 SiC npnトランジスタ
31 p型SiCベース層
32 n型SiCコレクタ層
33 n型SiCエミッタ層
34 高濃度p型イオン注入層
35 ゲート電極
36 エミッタ電極
37 コレクタ電極
40 SiC pnpトランジスタ
41 n型SiCベース層
42 p型SiCコレクタ層
43 p型SiCエミッタ層
44 高濃度n型イオン注入層
45 ゲート電極
46 エミッタ電極
47 コレクタ電極
50 SiC サイリスタ
51 n型SiC層
52 p型SiCベース層
53 n型SiCベース層
54 p型SiC層
55 高濃度n型イオン注入層
56 ゲート電極
57 アノード電極
58 カソード電極
60 SiC サイリスタ
61 p型SiC層
62 n型SiCベース層
63 p型SiCベース層
64 n型SiC層
65 高濃度p型イオン注入層
66 ゲート電極
67 カソード電極
68 アノード電極
70 SiC IGBT
71 p型SiCベース層
72 n型SiCコレクタ層
73 p型層
74 n型ベース層
75 ゲート電極
76 エミッタ電極
77 コレクタ電極
78 酸化膜
80 SiC IGBT
81 n型SiCベース層
82 p型SiCコレクタ層
83 n型層
84 p型ベース層
85 ゲート電極
86 エミッタ電極
87 コレクタ電極
88 酸化膜
100 炭素注入層
200 炭素拡散領域
A 表面層
B SiCバルク結晶
C 炭素原子
E,E1,E2 エピタキシャル層
S 基板
Claims (10)
- n型またはp型のSiC基板と、伝導度変調層(ベース層)と、n型またはp型の少なくとも1つのSiCエピタキシャル層、あるいはn型またはp型の少なくとも1つのイオン注入層と、を有し、
pn接合界面付近および伝導度変調層(ベース層)内を除いた、SiC基板表面付近、SiC基板とSiCエピタキシャル層との界面付近、およびSiCエピタキシャル層の表面付近のうち少なくとも1つの領域に、炭素注入層、珪素注入層、水素注入層、またはヘリウム注入層を有し、かつ、炭素原子、珪素原子、水素原子、またはヘリウム原子をイオン注入することで導入した格子間炭素原子をアニーリングにより伝導度変調層内へ拡散させるとともに格子間炭素原子と点欠陥とを結合させることで、電気的に活性な点欠陥が低減された領域を伝導度変調層内に有するSiCバイポーラ型半導体素子。 - 前記SiCバイポーラ型半導体素子は、高濃度p型層、低濃度n型ベース層、および高濃度n型層を有するSiC pnダイオードであり、
pn接合界面付近および低濃度n型ベース層内を除いた、高濃度p型層の表面付近、および高濃度n型層内のうち少なくとも1つの領域に、炭素注入層、珪素注入層、水素注入層、またはヘリウム注入層を有し、かつ、炭素原子、珪素原子、水素原子、またはヘリウム原子をイオン注入することで導入した格子間炭素原子をアニーリングにより低濃度n型ベース層内へ拡散させるとともに格子間炭素原子と点欠陥とを結合させることで、電気的に活性な点欠陥が低減された領域を低濃度n型ベース層内に有する請求項1に記載のSiCバイポーラ型半導体素子。 - 前記SiCバイポーラ型半導体素子は、高濃度n型層、低濃度p型ベース層、および高濃度p型層を有するSiC pnダイオードであり、
pn接合界面付近および低濃度p型ベース層内を除いた、高濃度n型層の表面付近、および高濃度p型層内のうち少なくとも1つの領域に、炭素注入層、珪素注入層、水素注入層、またはヘリウム注入層を有し、かつ、炭素原子、珪素原子、水素原子、またはヘリウム原子をイオン注入することで導入した格子間炭素原子をアニーリングにより低濃度p型ベース層内へ拡散させるとともに格子間炭素原子と点欠陥とを結合させることで、電気的に活性な点欠陥が低減された領域を低濃度p型ベース層内に有する請求項1に記載のSiCバイポーラ型半導体素子。 - 前記SiCバイポーラ型半導体素子は、n型エミッタ層、p型ベース層、およびn型コレクタ層を有するSiC npnトランジスタ型素子であり、
pn接合界面付近およびp型ベース層内を除いた、n型エミッタ層の表面付近、およびn型コレクタ層内のうち少なくとも1つの領域に、炭素注入層、珪素注入層、水素注入層、またはヘリウム注入層を有し、かつ、炭素原子、珪素原子、水素原子、またはヘリウム原子をイオン注入することで導入した格子間炭素原子をアニーリングによりp型ベース層内へ拡散させるとともに格子間炭素原子と点欠陥とを結合させることで、電気的に活性な点欠陥が低減された領域をp型ベース層内に有する請求項1に記載のSiCバイポーラ型半導体素子。 - 前記SiCバイポーラ型半導体素子は、p型エミッタ層、n型ベース層、およびp型コレクタ層を有するSiC pnpトランジスタ型素子であり、
pn接合界面付近およびn型ベース層内を除いた、p型エミッタ層の表面付近、およびp型コレクタ層内のうち少なくとも1つの領域に、炭素注入層、珪素注入層、水素注入層、またはヘリウム注入層を有し、かつ、炭素原子、珪素原子、水素原子、またはヘリウム原子をイオン注入することで導入した格子間炭素原子をアニーリングによりn型ベース層内へ拡散させるとともに格子間炭素原子と点欠陥とを結合させることで、電気的に活性な点欠陥が低減された領域をn型ベース層内に有する請求項1に記載のSiCバイポーラ型半導体素子。 - 前記SiCバイポーラ型半導体素子は、p型層、n型ベース層、p型ベース層、およびn型層を有するSiCサイリスタ型素子(ゲートターンオフ型サイリスタ素子を含む)であり、
pn接合界面付近、n型ベース層内、およびp型ベース層内を除いた、p型層の表面付近、およびn型層内のうち少なくとも1つの領域に、炭素注入層、珪素注入層、水素注入層、またはヘリウム注入層を有し、かつ、炭素原子、珪素原子、水素原子、またはヘリウム原子をイオン注入することで導入した格子間炭素原子をアニーリングによりn型ベース層内、およびp型ベース層へ拡散させるとともに格子間炭素原子と点欠陥とを結合させることで、電気的に活性な点欠陥が低減された領域をn型ベース層内、およびp型ベース層に有する請求項1に記載のSiCバイポーラ型半導体素子。 - 前記SiCバイポーラ型半導体素子は、n型層、p型ベース層、n型ベース層、およびp型層を有するSiCサイリスタ型素子(ゲートターンオフ型サイリスタ素子を含む)であり、
pn接合界面付近、p型ベース層内、およびn型ベース層内を除いた、n型層の表面付近、およびp型層内のうち少なくとも1つの領域に、炭素注入層、珪素注入層、水素注入層、またはヘリウム注入層を有し、かつ、炭素原子、珪素原子、水素原子、またはヘリウム原子をイオン注入することで導入した格子間炭素原子をアニーリングによりp型ベース層内、およびn型ベース層内へ拡散させるとともに格子間炭素原子と点欠陥とを結合させることで、電気的に活性な点欠陥が低減された領域をp型ベース層内、およびn型ベース層内に有する請求項1に記載のSiCバイポーラ型半導体素子。 - 前記SiCバイポーラ型半導体素子は、p型層、n型ベース層、p型ベース層、およびn型コレクタ層を有するSiC IGBT型素子であり、
p型ベース層とn型コレクタ層との界面付近を除くn型コレクタ層内、およびp型ベース層のn型ベース層側の表面付近のうち少なくとも1つの領域に、炭素注入層、珪素注入層、水素注入層、またはヘリウム注入層を有し、かつ、炭素原子、珪素原子、水素原子、またはヘリウム原子をイオン注入することで導入した格子間炭素原子をアニーリングによりp型ベース層内へ拡散させるとともに格子間炭素原子と点欠陥とを結合させることで、電気的に活性な点欠陥が低減された領域をp型ベース層内に有する請求項1に記載のSiCバイポーラ型半導体素子。 - 前記SiCバイポーラ型半導体素子は、n型層、p型ベース層、n型ベース層、およびp型コレクタ層を有するSiC IGBT型素子であり、
n型ベース層とp型コレクタ層との界面付近を除くp型コレクタ層内、およびn型ベース層のp型ベース層側の表面付近のうち少なくとも1つの領域に、炭素注入層、珪素注入層、水素注入層、またはヘリウム注入層を有し、かつ、炭素原子、珪素原子、水素原子、またはヘリウム原子をイオン注入することで導入した格子間炭素原子をアニーリングによりn型ベース層内へ拡散させるとともに格子間炭素原子と点欠陥とを結合させることで、電気的に活性な点欠陥が低減された領域をn型ベース層に有する請求項1に記載のSiCバイポーラ型半導体素子。 - n型またはp型のSiC基板と、伝導度変調層(ベース層)と、n型またはp型の少なくとも1つのSiCエピタキシャル層、あるいはn型またはp型の少なくとも1つのイオン注入層と、を有し、
pn接合界面付近および伝導度変調層(ベース層)内を除いた、SiC基板表面付近、SiC基板とSiCエピタキシャル層との界面付近、およびSiCエピタキシャル層の表面付近のうち少なくとも1つの領域に、炭素注入層、珪素注入層、水素注入層、またはヘリウム注入層を有し、
かつ、炭素原子、珪素原子、水素原子、またはヘリウム原子をイオン注入することで導入した格子間原子および原子空孔をアニーリングにより伝導度変調層内へ拡散させるとともに格子間原子または原子空孔と点欠陥とを結合させ、あるいは、炭素原子、珪素原子、水素原子、またはヘリウム原子をイオン注入することで導入したストレスを利用して伝導度変調層内の点欠陥をアニーリングにより炭素注入層、珪素注入層、水素注入層、またはヘリウム注入層側に移動させることで、電気的に活性な点欠陥が低減された領域を伝導度変調層内に有するSiCバイポーラ型半導体素子。
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