JP6561723B2 - 半導体装置および電力変換装置 - Google Patents
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Description
[形態1]トレンチゲート構造を有する縦型トランジスタであって、面方向に広がる基板と、前記基板より上に位置し、n型およびp型のうち一方の特性を有する第1の半導体層と、前記第1の半導体層の上に位置し、n型およびp型のうち前記一方の特性とは異なる他方の特性を有する第2の半導体層と、前記第2の半導体層の上に位置し、前記一方の特性を有する第3の半導体層と、前記第3の半導体層から前記第2の半導体層を貫通し前記第1の半導体層にまで落ち込んだトレンチと、前記トレンチの表面を覆う絶縁膜とを備え、同一形状を成す複数のセルが前記面方向へと規則的に並ぶ構造を有し、前記面方向に直交する厚さ方向に1つの前記セルにおける前記トレンチの底部を投影した第1の面積は、前記厚さ方向に1つの前記セルの全体を投影した第2の面積の25%以上80%以下であり、前記第1、第2および第3の半導体層の結晶構造は、六方晶であり、前記第1、第2および第3の半導体層は、窒化ガリウム(GaN)から主に成り、前記トレンチの前記面方向の幅は、3.0μm以上であり、電界効果トランジスタである、縦型トランジスタ。
図1は、半導体装置100の構成を模式的に示す断面図である。図1には、相互に直交するXYZ軸が図示されている。図1のXYZ軸のうち、X軸は、図1の紙面左から紙面右に向かう軸である。+X軸方向は、紙面右に向かう方向であり、−X軸方向は、紙面左に向かう方向である。図1のXYZ軸のうち、Y軸は、図1の紙面手前から紙面奥に向かう軸である。+Y軸方向は、紙面奥に向かう方向であり、−Y軸方向は、紙面手前に向かう方向である。図1のXYZ軸のうち、Z軸は、図1の紙面下から紙面上に向かう軸である。+Z軸方向は、紙面上に向かう方向であり、−Z軸方向は、紙面下に向かう方向である。図1のXYZ軸は、他の図のXYZ軸に対応する。
図8は、第2実施形態における半導体装置100Bを示す説明図である。第2実施形態の半導体装置100Bは、+Z軸方向から見て正六角形を成す複数のセルCLがX軸方向およびY軸方向へと規則的に並ぶ構造を有する点を除き、第1実施形態の半導体装置100と同様である。図8には、Z軸方向から見た半導体装置100BにおけるセルCLおよびトレンチ152の形状が示されている。図8の矢視F1−F1で切断した半導体装置100Bの断面形状は、図1における半導体装置100の断面形状と同様である。
図9は、電力変換装置10の構成を示す説明図である。電力変換装置10は、交流電源Eから負荷Rに供給される電力を変換する装置である。電力変換装置10は、交流電源Eの力率を改善する力率改善回路の構成部品として、制御回路20と、トランジスタTRと、4つのダイオードD1と、コイルLと、ダイオードD2と、キャパシタCとを備える。本実施形態では、トランジスタTRは、第1実施形態の半導体装置100と同様である。他の実施形態では、トランジスタTRは、第2実施形態の半導体装置100Bと同様であってもよい。
本発明は、上述した実施形態、実施例および変形例に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、実施形態、実施例および変形例における技術的特徴のうち、発明の概要の欄に記載した各形態における技術的特徴に対応するものは、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えおよび組み合わせを行うことが可能である。また、本明細書中に必須なものとして説明されていない技術的特徴については、適宜、削除することが可能である。
20…制御回路
100,100B…半導体装置
100a〜100d…半導体装置
110…基板
120…n型半導体層
130…p型半導体層
140…n型半導体層
152…トレンチ
156…リセス
160…絶縁膜
172…ゲート電極
174…ソース電極
176…pボディ電極
178…ドレイン電極
Claims (8)
- トレンチゲート構造を有する縦型トランジスタであって、
面方向に広がる基板と、
前記基板より上に位置し、n型およびp型のうち一方の特性を有する第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上に位置し、n型およびp型のうち前記一方の特性とは異なる他方の特性を有する第2の半導体層と、
前記第2の半導体層の上に位置し、前記一方の特性を有する第3の半導体層と、
前記第3の半導体層から前記第2の半導体層を貫通し前記第1の半導体層にまで落ち込んだトレンチと、
前記トレンチの表面を覆う絶縁膜と
を備え、
同一形状を成す複数のセルが前記面方向へと規則的に並ぶ構造を有し、
前記面方向に直交する厚さ方向に1つの前記セルにおける前記トレンチの底部を投影した第1の面積は、前記厚さ方向に1つの前記セルの全体を投影した第2の面積の25%以上80%以下であり、
前記第1、第2および第3の半導体層の結晶構造は、六方晶であり、
前記第1、第2および第3の半導体層は、窒化ガリウム(GaN)から主に成り、
前記トレンチの前記面方向の幅は、3.0μm以上であり、
電界効果トランジスタである、縦型トランジスタ。 - 前記第1の面積は、前記第2の面積の33%以上80%以下である、請求項1に記載の縦型トランジスタ。
- 前記第1の面積は、前記第2の面積の50%以上75%以下である、請求項1または請求項2に記載の縦型トランジスタ。
- 前記厚さ方向から見た前記セルの形状は、長方形である、請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の縦型トランジスタ。
- 前記厚さ方向から見た前記セルの形状は、正六角形である、請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の縦型トランジスタ。
- 前記第1の半導体層は、ドナー元素としてケイ素(Si)を含有し、前記ケイ素の平均濃度が8.0×1015cm−3のn型半導体層であり、
前記第2の半導体層は、アクセプタ元素としてマグネシウム(Mg)を含有し、前記マグネシウムの平均濃度が4.0×1018cm−3のp型半導体層であり、
前記第3の半導体層は、ドナー元素としてケイ素(Si)を含有し、前記ケイ素の平均濃度が1.0×1018cm−3のn型半導体層である、請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の縦型トランジスタ。 - 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の縦型トランジスタにおいて、
ソース電極とドレイン電極とを備え、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間を流れる電流値は、トレンチ幅が2.0μmであり且つ前記第2の面積に対する前記第1の面積の割合が17%であるときの前記ソース電極と前記ドレイン電極との間を流れる電流値に対し、1.3倍以上である、縦型トランジスタ。 - 請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の縦型トランジスタを備える電力変換装置。
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