JP6632910B2 - パワー半導体素子およびそれを用いるパワー半導体モジュール - Google Patents
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Description
第1の手段では、パワー半導体素子の並列数がmであり、パワー半導体素子単独のサージ耐量が定格電流I 0 のS PN 倍、かつPN接合部が導通を開始する時の電流が定格電流S SBD とし、S PN とS SBD の比をr(=S PN /S SBD )とすると、PN接合部が導通する場合の素子抵抗の下限値R min とPN接合部が導通を開始する時の素子抵抗の値Rとの間に、R min > R×(m−r)/{r×(m−1)}という関係がある。
第2の手段では、パワー半導体素子単独のサージ耐量が定格電流I 0 のS PN 倍、かつPN接合部が導通を開始する時の電流が定格電流S SBD とし、S PN とS SBD の比をr(=S PN /S SBD )とすると、PN接合部が導通する場合の素子抵抗の下限値R min とPN接合部が導通を開始する時の素子抵抗の値Rとの間に、R min > R/rという関係がある。
第3の手段では、第2半導体領域は、第1領域と、第1領域内に位置し、第1領域よりも不純物濃度の高い第2領域と、を有し、第2領域の面積が、第1半導体領域の面積の十分の一以下である。
第4の手段では、第2半導体領域は、第1領域と、記第1の領域内に位置し、第1領域よりも不純物濃度の高い複数の第2領域と、を有し、隣り合う第2領域の距離が5μm以上である。
ここで、抵抗RallAおよびRallBは並列接続抵抗であり、それぞれ式(2)および(3)によって表わされる。
RallB=1/{(R1/n)-1+(m−1)R1 -1}=R1/(n+m−1) … (3)
式(1)〜(3)から、PN接合の導通前後における、並列接続されるSiC−SBD全体の電圧VAおよびVBには式(4)で表わされる関係がある。
従って、SiC−SBD1のPN接合導通前後における電流値I1AおよびI1Bには式(5)で表わされる関係がある。
ここで、先行してPN接合が導通するSiC−SBD1のサージ耐量が、定格電流をI0としてSPN×I0とする。すなわち、SiC−SBD1に流れる電流が定格電流のSPN倍を超えると、SiC−SBD1は単独でサージ破壊する。また、PN接合が導通を開始する電流値が定格電流I0のSSBD倍であるとする。さらに、SPNとSSBDの比を、式(6)で示すように、rと定義する。
SiC−SBD1が単独でサージ破壊しないために、SiC−SBD1のPN接合導通後の電流値I1Bは式(7)で表わされる条件を満足する。
またI1Aは式(8)で表される。
式(5)〜(8)より、nの条件について式(9)が得られる。
式(9)において、並列数mを無限大にすると式(10)が得られる。
すなわち、いかなる並列数であっても、式(10)が満たされていれば、先行してPN接合が導通したSiC−SBD1の電流は単独サージ耐量の範囲内になるので、SiC−SBD1は破壊しない。また、並列数mに対して、式(9)が満たされていれば、SiC−SBD1は破壊しない。
2 p型不純物領域
3 カソード電極
4 PN接合
5 n+型SiC基板
6 アノード電極
9 ショットキー接合部
10 n−型SiCエピタキシャル層
11 n型不純物領域
12 ショットキー領域
13 周縁領域
14 チャネルストッパ
15 ショットキー電極
18 p+型半導体領域
21 配線電極
22 絶縁回路基板
23 IGBT
24 SiC−SBD
25 樹脂ケース
26 スイッチング素子
27 整流素子
50 エミッタセンス端子の回路パターン
51 ゲート端子の回路パターン
52 主端子コンタクト
53 ワイヤボンディング
Claims (9)
- 炭化珪素からなるショットキーバリアダイオードを備えるパワー半導体素子において、
前記パワー半導体素子は、順方向電流が流れるアクティブ領域において、
第1電極と、
前記第1電極との間にショットキー接合部を構成する第1導電型の第1半導体領域と、
前記第1電極に電気的に接続され、前記第1半導体領域との間にPN接合部を構成する第2導電型の第2半導体領域と、
前記第1半導体領域に電気的に接続される第2電極と、
を有し、
前記第2半導体領域の中に断続的に設けられ、前記第2半導体領域よりも不純物濃度が高く、前記第1電極に電気的に接続される、前記第2導電型の複数の第3半導体領域を有し、
定格電流の2倍より大きく3倍以下の範囲の前記順方向電流が流れると、前記PN接合部が導通を開始することを特徴とするパワー半導体素子。 - 請求項1に記載のパワー半導体素子において、
前記ショットキー接合部および前記第2半導体領域の平面パターンがラインアンドスペースパターンであることを特徴とするパワー半導体素子。 - 請求項2に記載のパワー半導体素子において、
前記第2半導体領域の前記平面パターンにおける線幅が1.5μm以上かつ10μm以下であることを特徴とするパワー半導体素子。 - 請求項2に記載のパワー半導体素子において、
前記第1半導体領域の不純物濃度が2×1015atoms/cm3以上かつ3×1016atoms/cm3以下であることを特徴とするパワー半導体素子。 - 請求項4に記載のパワー半導体素子において、
前記第2半導体領域の前記平面パターンにおける線幅が1.5μm以上かつ10μm以下であることを特徴とするパワー半導体素子。 - 炭化珪素からなるショットキーバリアダイオードを備える複数のパワー半導体素子を有し、前記複数のパワー半導体素子が並列接続されるパワー半導体モジュールにおいて、
前記パワー半導体素子は、順方向電流が流れるアクティブ領域において、
第1電極と、
前記第1電極との間にショットキー接合部を構成する第1導電型の第1半導体領域と、
前記第1電極に電気的に接続され、前記第1半導体領域との間にPN接合部を構成する第2導電型の第2半導体領域と、
前記第1半導体領域に電気的に接続される第2電極と、
を有し、
前記複数のパワー半導体素子の各々は、単独で前記PN接合部が導通する場合に流れる電流が、パワー半導体素子単独のサージ耐量よりも小さくなるように、前記PN接合部が導通する場合に流れる電流が、前記パワー半導体素子の素子抵抗によって制限され、
前記パワー半導体素子の並列数がmであり、
前記パワー半導体素子単独のサージ耐量が定格電流I 0 のS PN 倍、かつ前記PN接合部が導通を開始する時の電流が定格電流S SBD とし、S PN とS SBD の比をr(=S PN /S SBD )とすると、
前記PN接合部が導通する場合の前記素子抵抗の下限値R min と前記PN接合部が導通を開始する時の前記素子抵抗の値Rとの間に、R min > R×(m−r)/{r×(m−1)}という関係があることを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 炭化珪素からなるショットキーバリアダイオードを備える複数のパワー半導体素子を有し、前記複数のパワー半導体素子が並列接続されるパワー半導体モジュールにおいて、
前記パワー半導体素子は、順方向電流が流れるアクティブ領域において、
第1電極と、
前記第1電極との間にショットキー接合部を構成する第1導電型の第1半導体領域と、
前記第1電極に電気的に接続され、前記第1半導体領域との間にPN接合部を構成する第2導電型の第2半導体領域と、
前記第1半導体領域に電気的に接続される第2電極と、
を有し、
前記複数のパワー半導体素子の各々は、単独で前記PN接合部が導通する場合に流れる電流が、パワー半導体素子単独のサージ耐量よりも小さくなるように、前記PN接合部が導通する場合に流れる電流が、前記パワー半導体素子の素子抵抗によって制限され、
前記パワー半導体素子単独のサージ耐量が定格電流I 0 のS PN 倍、かつ前記PN接合部が導通を開始する時の電流が定格電流S SBD とし、S PN とS SBD の比をr(=S PN /S SBD )とすると、
前記PN接合部が導通する場合の前記素子抵抗の下限値R min と前記PN接合部が導通を開始する時の前記素子抵抗の値Rとの間に、R min > R/rという関係があることを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 炭化珪素からなるショットキーバリアダイオードを備える複数のパワー半導体素子を有し、前記複数のパワー半導体素子が並列接続されるパワー半導体モジュールにおいて、
前記パワー半導体素子は、順方向電流が流れるアクティブ領域において、
第1電極と、
前記第1電極との間にショットキー接合部を構成する第1導電型の第1半導体領域と、
前記第1電極に電気的に接続され、前記第1半導体領域との間にPN接合部を構成する第2導電型の第2半導体領域と、
前記第1半導体領域に電気的に接続される第2電極と、
を有し、
前記複数のパワー半導体素子の各々は、単独で前記PN接合部が導通する場合に流れる電流が、パワー半導体素子単独のサージ耐量よりも小さくなるように、前記PN接合部が導通する場合に流れる電流が、前記パワー半導体素子の素子抵抗によって制限され、
前記第2半導体領域は、
第1領域と、
前記第1領域内に位置し、前記第1領域よりも不純物濃度の高い第2領域と、
を有し、
前記第2領域の面積が、前記第1半導体領域の面積の十分の一以下であることを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 炭化珪素からなるショットキーバリアダイオードを備える複数のパワー半導体素子を有し、前記複数のパワー半導体素子が並列接続されるパワー半導体モジュールにおいて、
前記パワー半導体素子は、順方向電流が流れるアクティブ領域において、
第1電極と、
前記第1電極との間にショットキー接合部を構成する第1導電型の第1半導体領域と、
前記第1電極に電気的に接続され、前記第1半導体領域との間にPN接合部を構成する第2導電型の第2半導体領域と、
前記第1半導体領域に電気的に接続される第2電極と、
を有し、
前記複数のパワー半導体素子の各々は、単独で前記PN接合部が導通する場合に流れる電流が、パワー半導体素子単独のサージ耐量よりも小さくなるように、前記PN接合部が導通する場合に流れる電流が、前記パワー半導体素子の素子抵抗によって制限され、
前記第2半導体領域は、
第1領域と、
前記第1領域内に位置し、前記第1領域よりも不純物濃度の高い複数の第2領域と、
を有し、
隣り合う前記第2領域の距離が5μm以上であることを特徴とするパワー半導体モジュール。
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EP4340034A1 (en) * | 2022-09-15 | 2024-03-20 | Nexperia B.V. | Mps diode having a non-uniformly doped region and method for manufacturing the same |
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EP4340035A1 (en) * | 2022-09-15 | 2024-03-20 | Nexperia B.V. | Mps diode having non-uniformly spaced wells and method for manufacturing the same |
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