JP6662059B2 - 半導体装置及び電力変換装置 - Google Patents
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Description
本発明の第1の形態は、
半導体装置であって、
第1の面と第2の面とを有し、面方向に広がる基板と、
前記基板の前記第1の面側の上方に位置する第1の電極と、
前記基板の前記第2の面側に接する第2の電極と、
n型不純物を含み、前記基板と前記第1の電極との間に位置する第1のn型半導体層と、
p型不純物を含み、前記基板の厚み方向において前記第1のn型半導体層と前記第1の電極との間に位置する第1のp型半導体領域と、
n型不純物を含み、前記基板の厚み方向において前記第1のp型半導体領域と前記第1の電極との間に位置し、かつ、前記第1のp型半導体領域に接する第2のp型半導体領域と、を備え、
前記基板と、前記第1のn型半導体層と、前記第1のp型半導体領域と、前記第2のp型半導体領域とは、主に窒化ガリウム(GaN)により構成され、
前記第1のn型半導体層と前記第1のp型半導体領域とはpn接合しており、
前記第1のn型半導体層と前記第2のp型半導体領域と、の間に位置する前記第1のp型半導体領域におけるアクセプタのシート濃度は、0.8×10 13 cm −2 以上であり、
前記第1の電極は、前記第1のn型半導体層と前記第2のp型半導体領域との少なくとも一方にショットキー接触するショットキー電極であり、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に電流が流れる、縦型の半導体装置である。
本発明の第2の形態は、半導体装置であって、
第1の面と第2の面とを有し、面方向に広がる基板と、
前記基板の前記第1の面側の上方に位置する第1の電極と、
前記基板の前記第2の面側に接する第2の電極と、
n型不純物を含み、前記基板と前記第1の電極との間に位置する第1のn型半導体層と、
p型不純物を含み、前記基板の厚み方向において前記第1のn型半導体層と前記第1の電極との間に位置する第1のp型半導体領域と、
n型不純物を含み、前記基板の厚み方向において前記第1のp型半導体領域と前記第1の電極との間に位置し、かつ、前記第1のp型半導体領域に接する第2のp型半導体領域と、を備え、
前記基板と、前記第1のn型半導体層と、前記第1のp型半導体領域と、前記第2のp型半導体領域とは、主に窒化ガリウム(GaN)により構成され、
前記第1のn型半導体層と前記第1のp型半導体領域とはpn接合しており、
前記第1のn型半導体層と前記第2のp型半導体領域と、の間に位置する前記第1のp型半導体領域におけるアクセプタのシート濃度は、0.8×10 13 cm −2 以上であり、
前記第1の電極には、前記面方向において所定の間隔で配置された複数の前記第2のp型半導体領域が接し、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に電流が流れる、縦型の半導体装置である。
本発明の第3の形態は、半導体装置であって、
第1の面と第2の面とを有し、面方向に広がる基板と、
前記基板の前記第1の面側の上方に位置する第1の電極と、
前記基板の前記第2の面側に接する第2の電極と、
n型不純物を含み、前記基板と前記第1の電極との間に位置する第1のn型半導体層と、
p型不純物を含み、前記基板の厚み方向において前記第1のn型半導体層と前記第1の電極との間に位置する第1のp型半導体領域と、
n型不純物を含み、前記基板の厚み方向において前記第1のp型半導体領域と前記第1の電極との間に位置し、かつ、前記第1のp型半導体領域に接する第2のp型半導体領域と、を備え、
前記基板と、前記第1のn型半導体層と、前記第1のp型半導体領域と、前記第2のp型半導体領域とは、主に窒化ガリウム(GaN)により構成され、
前記第1のn型半導体層と前記第1のp型半導体領域とはpn接合しており、
前記第1のn型半導体層と前記第2のp型半導体領域と、の間に位置する前記第1のp型半導体領域におけるアクセプタのシート濃度は、0.8×10 13 cm −2 以上であり、
前記第2のp型半導体領域に含まれる前記p型不純物の濃度に対する、前記第2のp型半導体領域に含まれる前記n型不純物の濃度の比は、0.1以上かつ2.0以下であり、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に電流が流れる、縦型の半導体装置である。
本発明の第4の形態は、半導体装置であって、
第1の面と第2の面とを有し、面方向に広がる基板と、
前記基板の前記第1の面側の上方に位置する第1の電極と、
前記基板の前記第2の面側に接する第2の電極と、
n型不純物を含み、前記基板と前記第1の電極との間に位置する第1のn型半導体層と、
p型不純物を含み、前記基板の厚み方向において前記第1のn型半導体層と前記第1の電極との間に位置する第1のp型半導体領域と、
n型不純物を含み、前記基板の厚み方向において前記第1のp型半導体領域と前記第1の電極との間に位置し、かつ、前記第1のp型半導体領域に接する第2のp型半導体領域と、を備え、
前記基板と、前記第1のn型半導体層と、前記第1のp型半導体領域と、前記第2のp型半導体領域とは、主に窒化ガリウム(GaN)により構成され、
前記第1のn型半導体層と前記第1のp型半導体領域とはpn接合しており、
前記第1のn型半導体層と前記第2のp型半導体領域と、の間に位置する前記第1のp型半導体領域におけるアクセプタのシート濃度は、0.8×10 13 cm −2 以上であり、
前記第1の電極は、前記第1のn型半導体層と、前記第2のp型半導体領域とに接し、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に電流が流れる、縦型の半導体装置である。
本発明の第5の形態は、第1の半導体装置と第2の半導体装置とを備える半導体装置であって、
前記第1の半導体装置及び前記第2の半導体装置は、
第1の面と第2の面とを有し、面方向に広がる基板と、
前記基板の前記第1の面側の上方に位置する第1の電極と、
前記基板の前記第2の面側に接する第2の電極と、
n型不純物を含み、前記基板と前記第1の電極との間に位置する第1のn型半導体層と、
p型不純物を含み、前記基板の厚み方向において前記第1のn型半導体層と前記第1の電極との間に位置する第1のp型半導体領域と、
n型不純物を含み、前記基板の厚み方向において前記第1のp型半導体領域と前記第1の電極との間に位置し、かつ、前記第1のp型半導体領域に接する第2のp型半導体領域と、を備え、
前記基板と、前記第1のn型半導体層と、前記第1のp型半導体領域と、前記第2のp型半導体領域とは、主に窒化ガリウム(GaN)により構成され、
前記第1のn型半導体層と前記第1のp型半導体領域とはpn接合しており、
前記第1のn型半導体層と前記第2のp型半導体領域と、の間に位置する前記第1のp型半導体領域におけるアクセプタのシート濃度は、0.8×10 13 cm −2 以上であり、
前記第1の半導体装置及び前記第2の半導体装置は、前記第1の電極と前記第2の電極との間に電流が流れる縦型の半導体装置であり、
前記第1の半導体装置における前記第1の電極は、前記第2のp型半導体領域にオーミック接触するオーミック電極であり、
前記第2の半導体装置における前記第1の電極は、前記第1のn型半導体層と前記第2のp型半導体領域との少なくとも一方にショットキー接触するショットキー電極であり、
前記第1の半導体装置の備える前記基板と、前記第2の半導体装置の備える前記基板と、は同一の基板である、半導体装置である。
本発明の第6の形態は、半導体装置であって、
第1の面と第2の面とを有し、面方向に広がる基板と、
前記基板の前記第1の面側の上方に位置する第1の電極と、
前記基板の前記第2の面側に接する第2の電極と、
n型不純物を含み、前記基板と前記第1の電極との間に位置する第1のn型半導体層と、
p型不純物を含み、前記基板の厚み方向において前記第1のn型半導体層と前記第1の電極との間に位置する第1のp型半導体領域と、
n型不純物を含み、前記基板の厚み方向において前記第1のp型半導体領域と前記第1の電極との間に位置し、かつ、前記第1のp型半導体領域に接する第2のp型半導体領域と、を備え、
前記基板と、前記第1のn型半導体層と、前記第1のp型半導体領域と、前記第2のp型半導体領域とは、主に窒化ガリウム(GaN)により構成され、
前記第1のn型半導体層と前記第1のp型半導体領域とはpn接合しており、
前記第1のn型半導体層と前記第2のp型半導体領域と、の間に位置する前記第1のp型半導体領域におけるアクセプタのシート濃度は、0.8×10 13 cm −2 以上であり、
前記第1のn型半導体層内に底面を有する段差部を備え、
前記第2のp型半導体領域は前記第1のn型半導体層内に位置し、前記第2のp型半導体領域の上面は前記段差部の底面に位置し、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に電流が流れる、縦型の半導体装置である。
また、本発明は、以下の形態としても実現できる。
A1−1.半導体装置の構成:
図1は、第1実施形態における半導体装置100の構成を模式的に示す図である。図1には、本実施形態における半導体装置100の断面の一部を簡略化して示している。なお、図1は、半導体装置100の技術的特徴をわかりやすく示すための図であり、各部の寸法を正確に示すものではない。
図2は、本実施形態の半導体装置100の製造方法を示す工程図である。半導体装置100の製造では、まず、基板1と第1のn型半導体層2とが積層された積層体が用意される(ステップS100)。
効果1:
以上で説明した第1実施形態の半導体装置100によれば、第2のp型半導体領域42はn型不純物を含むため、第2のp型半導体領域42のホール濃度を高めることができる。また、第1のn型半導体層2と第2のp型半導体領域42と、の間に位置する第1のp型半導体領域31におけるアクセプタのシート濃度は、0.8×1013cm−2以上である。そのため、本実施形態の第1のp型半導体領域31と同程度のアクセプタ濃度が得られるように、上述の製造方法の第1のp型半導体領域31を形成する工程(図2,ステップS110)及び第2のp型半導体領域42を形成する工程(図2、ステップS120)に代えて、第1のn型半導体層2の上面に、p型不純物であるマグネシウム(Mg)とn型不純物である酸素(O)とをイオン注入することによって、n型不純物を含むp型半導体層を形成した半導体装置と異なり、半導体装置に順バイアス又は逆バイアスが印加された場合において、第1のn型半導体層2と第1のp型半導体領域31とのpn接合界面23の空乏層が第2のp型半導体領域42まで広がることを抑制することができ、p型半導体からなるp型領域における空乏層内にn型不純物が存在することによってリーク電流が発生することを抑制することができる。そのため、電力用半導体に適した半導体装置を提供することができる。
また、第2のp型半導体領域42には第1の電極5が接するため、コンタクト形成領域において高いアクセプタ濃度を実現することができ、第2のp型半導体領域42と第1の電極5との接触抵抗を低減させることができる。
本実施形態の半導体装置100の製造方法によれば、第1のn型半導体層2と第2のp型半導体領域42と、の間に位置する第1のp型半導体領域におけるアクセプタのシート濃度が、0.8×1013cm−2以上となるように、第1のp型半導体領域31の少なくとも一部にn型不純物(O)をイオン注入することによって、第2のp型半導体領域42を形成することができる。そのため、p型領域における空乏層内にn型不純物が存在しないようにすることができるので、p型領域における空乏層内にn型不純物が存在することによってリーク電流が発生することを抑制することができる。そのため、電力用半導体に適した半導体装置を提供することができる。
また、本実施形態の半導体装置100の製造方法によれば、結晶成長によって第1のp型半導体領域31を成長させるので、p型領域における空乏層内にドナー不純物となり得る元素をより存在しないようにすることができ、リーク電流が発生することをより抑制することができる。
また、本実施形態の半導体装置100の製造方法によれば、結晶成長によって形成された第1のp型半導体領域31に対して、n型不純物(O)を注入することによって第2のp型半導体領域42を形成することができるので、第1のp型半導体領域31をイオン注入によって形成する場合と比較して、半導体装置100の製造におけるイオン注入の工程数を削減することができる。
また、第1のp型半導体領域31は結晶成長によって形成され、その後、第1のp型半導体領域31の第2のp型半導体領域42が形成される領域に対してn型不純物を注入することによって第2のp型半導体領域42が形成される。そのため、イオン注入によって注入された不純物を活性化するための熱処理において、p型不純物(マグネシウム(Mg))の影響を考慮しなくともよいため、熱処理における自由度を高めることができ、より適切な熱処理を行うことができる。
図8は、第1実施形態の変形例1における半導体装置101を示す図である。半導体装置101は、基板1と、第1のn型半導体層2と、第1のp型半導体領域31、32と、第2のp型半導体領域42と、アノード電極である第1の電極5と、カソード電極である第2の電極6と、段差部22と、を備える。
図9は、第1実施形態の変形例2における半導体装置102を示す図である。半導体装置102は、基板1と、第1のn型半導体層2と、第1のp型半導体領域31、32と、第2のp型半導体領域42と、アノード電極である第1の電極5と、カソード電極である第2の電極6と、段差部22と、を備える。本変形例の半導体装置102と、上述の第1実施形態の変形例2における半導体装置101とが異なる主な点は、第2のp型半導体領域42の下面が、第1のp型半導体領域32の下面よりも−Z方向に位置している点である。
図10は、第1実施形態の変形例3における半導体装置103を示す図である。半導体装置102は、基板1と、第1のn型半導体層2と、第1のp型半導体領域31、41と、第2のp型半導体領域42と、アノード電極である第1の電極5と、カソード電極である第2の電極6と、段差部22と、を備える。
図11は、第1実施形態の変形例4における半導体装置104を示す図である。半導体装置104は、基板1と、第1のn型半導体層2と、第1のp型半導体領域3と、第2のp型半導体領域42と、アノード電極である第1の電極5と、カソード電極である第2の電極6と、段差部22と、を備える。本変形例における第1のp型半導体領域3は、イオン注入によって形成されている。本変形例においても、第1のn型半導体層2と第2のp型半導体領域42と、の間に位置する第1のp型半導体領域3におけるアクセプタのシート濃度は、0.8×1013cm−2以上である。また、第2のp型半導体領域42と、第1のn型半導体層2とのZ軸方向に沿った距離(pn接合界面23から第2のp型半導体領域42の下面までのZ軸方向に沿った距離)は、0.08μm(マイクロメートル)以上である。本変形例における半導体装置104のその他の構成は、上述の第1実施形態における半導体装置100と同様であるため説明を省略する。
図12は、第1実施形態の変形例5における半導体装置105を示す図である。半導体装置105は、基板1と、第1のn型半導体層2と、第1のp型半導体領域3、41と、第2のp型半導体領域42と、アノード電極である第1の電極5と、カソード電極である第2の電極6と、段差部22と、を備える。本変形例における第1のp型半導体領域41は、イオン注入によって形成されている。本変形例においても、第1のn型半導体層2と第2のp型半導体領域42と、の間に位置する第1のp型半導体領域3、41におけるアクセプタのシート濃度は、0.8×1013cm−2以上である。また、第2のp型半導体領域42と、第1のn型半導体層2とのZ軸方向に沿った距離(pn接合界面23から第2のp型半導体領域42の下面までのZ軸方向に沿った距離)は、0.08μm(マイクロメートル)以上である。本変形例における半導体装置105のその他の構成は、上述の第1実施形態の変形例4における半導体装置104と同様であるため説明を省略する。
B1―1.半導体装置の構成:
図13は、第2実施形態における半導体装置106を示す図である。半導体装置106は、窒化ガリウム(GaN)を用いて形成されたGaN系の半導体装置である。本実施形態では、半導体装置106は、縦型のPINダイオード(P-Intrinsic-N Diode)である。
半導体装置106の製造では、上述の第1実施形態と同様に、基板1と第1のn型半導体層2とが積層された積層体100aが用意される(図2、ステップS100)。第1のn型半導体層2は、MOCVD法によって基板1上に形成される。第1のn型半導体層2の厚さは、約10.6μm(マイクロメートル)である。
以上のような半導体装置106によれば、第1実施形態の効果1〜3と同様の効果を奏する。
図14は、第2実施形態の変形例1における半導体装置107を示す図である。半導体装置107は、基板1と、第1のn型半導体層2と、第1のp型半導体領域41と、第2のp型半導体領域42と、アノード電極である第1の電極5と、カソード電極である第2の電極6と、を備える。本実施形態の半導体装置107と第2実施形態の半導体装置106とが異なる点は、半導体装置107が第1のp型半導体領域3を備えていない点である。
C1−1.半導体装置の構成:
図15は、第3実施形態における半導体装置108を示す図である。半導体装置108は、窒化ガリウム(GaN)を用いて形成されたGaN系の半導体装置である。本実施形態では、半導体装置108は、縦型のショットキーバリアダイオード(Schottky Barrier Diode:SBD)である。
半導体装置108の製造では、上述の第2実施形態と同様に、基板1と第1のn型半導体層2とが積層された積層体100aが用意される(図2、ステップS100)。第1のn型半導体層2は、MOCVD法によって基板1上に形成される。第1のn型半導体層2の厚さは、約10.6μm(マイクロメートル)である。
以上のような半導体装置108によれば、第2実施形態と同様の効果を奏するショットキーバリアダイオードを提供することができる。
D1−1.半導体装置の構成:
図16は、第4実施形態における半導体装置109を示す図である。半導体装置109は、窒化ガリウム(GaN)を用いて形成された縦型のGaN系の半導体装置である。本実施形態では、半導体装置109は、ジャンクションバリアーショットキー(Junction Barrier Schottky:JBS)構造を有するダイオードである。
半導体装置109の製造では、第1のp型半導体領域41が形成される工程(図2、ステップS110)において、半導体装置109における周辺部Sと、後に形成される第1の電極15の端部15t及びその近傍と、第1の電極15の下面と、に第1のp型半導体領域41が接するように形成される。第1の電極15の下面に接する第1のp型半導体領域41は、面方向において所定の間隔で配置するように形成される。第1のp型半導体領域41が形成されると、上述の第3実施形態と同様に、第1のp型半導体領域41に対してイオン注入が行われることによって、第2のp型半導体領域42が形成される(図2、ステップS120)。なお、本実施形態においても、上述の第1実施形態と同様に、第1のn型半導体層2と第2のp型半導体領域42と、の間に位置する第1のp型半導体領域41におけるアクセプタのシート濃度が、0.8×1013cm−2以上となるようにイオン注入を行うことによって、第2のp型半導体領域42が形成される。また、第2のp型半導体領域42と、第1のn型半導体層2とのZ軸方向に沿った距離が、0.08μm以上となるように、第2のp型半導体領域42が形成される。本実施形態における半導体装置109のその他の製造方法は、上述の第3実施形態における半導体装置108の製造方法と同様であるため説明を省略する。
以上のような半導体装置109によれば、上述の第3実施形態の効果と同様の効果を奏するJBS構造を有する半導体装置を提供することができる。
図17は、第4実施形態の変形例1における半導体装置110を示す図である。半導体装置110は、基板1と、第1のn型半導体層2と、第1のp型半導体領域41と、第2のp型半導体領域42と、アノード電極である電極5及びアノード電極である電極15から構成された第1の電極19と、カソード電極である第2の電極6と、を備える。
図18は、第5実施形態における半導体装置111を示す図である。半導体装置111は、窒化ガリウム(GaN)を用いて形成されたGaN系の半導体装置である。半導体装置111は、縦型のPINダイオード(P-Intrinsic-N Diode)である第1の半導体装置107aと、ジャンクションバリアーショットキー(Junction Barrier Schottky:JBS)構造を有するダイオードである第2の半導体装置109aと、を備え、同一チップ内に集積化した半導体装置である。
F1−1.半導体装置の構成:
図19は、第6実施形態における半導体装置112を示す図である。本実施形態における半導体装置112は、窒化ガリウム(GaN)を用いて形成されたGaN系の半導体装置である。本実施形態では、半導体装置112は、縦型のバイポーラトランジスタ(Bipolar transistor)である。
半導体装置112の製造では、上述の第1実施形態と同様に、基板1と第1のn型半導体層2とが積層された積層体100aが用意される(図2、ステップS100)。第1のn型半導体層2は、MOCVD法によって基板1上に形成される。第1のn型半導体層2の厚さは、約10μm(マイクロメートル)である。
以上のような半導体装置112によれば、第1実施形態の効果と同様の効果を奏するバイポーラトランジスタを提供することができる。
G1−1.半導体装置の構成:
図20は、第7実施形態における半導体装置113を示す図である。半導体装置113は、窒化ガリウム(GaN)を用いて形成されたGaN系の半導体装置である。本実施形態では、半導体装置113は、トレンチ型の縦型MOSFET(Metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)である。
半導体装置113の製造では、上述の第1実施形態の変形例1における半導体装置101の製造方法と同様に、基板1と、第1のn型半導体層2とが積層された積層体が用意される(図2,ステップS100)。第1のn型半導体層2は、MOCVD法によって基板1上に形成される。第1のn型半導体層2の厚さは、約10μm(マイクロメートル)である。
以上のような半導体装置113によれば、上述の第1実施形態と同様の効果を奏するトレンチ型の縦型MOSFETを提供することができる。
上述の第7実施形態において、第2のn型半導体領域24は、イオン注入によって形成されている。これに対し、第2のn型半導体領域24は、第1のp型半導体領域32上にMOCVD法によって形成されてもよい。このようにすれば、半導体装置113の製造において、イオン注入の工程数を削減することができる。
上述の第7実施形態において第1の電極18は、ボディ電極5とソース電極7とが積層されて形成されている。これに対し、第1の電極18は、第2のp型半導体領域42と、第2のn型半導体領域24とに接して一連に形成されていてもよい。例えば、第1の電極18は、パラジウム(Pd)から主に形成される層と、チタン(Ti)から主に形成される層と、アルミニウム(Al)から主に形成される層と、を積層した後に、熱処理を加えた電極であってもよい。このようにすれば、第2のp型半導体領域42に接するボディ電極5と、第2のn型半導体領域24に接するソース電極7と、を別々に形成する場合と比較して、電極を形成するための工程数を削減することができる。
H1−1.半導体装置の構成:
図21は、第8実施形態における半導体装置114を示す図である。半導体装置114は、窒化ガリウム(GaN)を用いて形成されたGaN系の半導体装置である。本実施形態では、半導体装置114は、トレンチ型の縦型MOSFET(Metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)である。
半導体装置114の製造では、上述の第7実施形態と同様に、基板1と第1のn型半導体層2とが積層された積層体が用意される(図2、ステップS100)。第1のn型半導体層2は、MOCVD法によって基板1上に形成される。第1のn型半導体層2の厚さは、約10μm(マイクロメートル)である。
以上のような半導体装置114によれば、上述の第7実施形態と同様の効果を奏する。
J1−1.半導体装置の構成:
図22は、第9実施形態における半導体装置115を示す図である。半導体装置115は、基板1と、第1のn型半導体層2と、第1のp型半導体領域31、41、61と、第2のp型半導体領域42、62と、第2のn型半導体領域14と、トレンチ8と、絶縁膜9と、ゲート電極10と、リセス12と、ボディ電極5及びソース電極7(第1の電極18)と、ドレイン電極である第2の電極6と、を備える。半導体装置115は、+X軸方向側における終端構造800として、段差部600を備える。本実施形態では、ソース電極7は、「第3の電極」でもある。本実施形態では、半導体装置115は、+X軸方向側と同様に、−X軸方向側に終端構造800を有する。半導体装置115は、さらに、配線電極120と、絶縁膜772と、を備える。
半導体装置115の製造では、上述の第7実施形態と同様に第1のp型半導体領域31が形成される(図2、ステップS110)。その後、上述の第7実施形態と同様に第2のn型半導体領域4が形成される(ステップS115)。次に、トレンチ8及び段差部600が形成される領域上を除く領域上に、フォトレジストを用いてパターンが形成される。次に、パターンをマスクとして用いて、形成された第2のn型半導体領域14の上面から、第2のn型半導体領域14及び第1のp型半導体領域31を貫通し第1のn型半導体層2に達するまでドライエッチングすることによって、トレンチ8及び段差部600が形成される。さらに、リセス12が形成される領域上を除く領域上に、フォトレジストを用いてパターンが形成される。次に、パターンをマスクとして用いて、形成された第2のn型半導体領域14の上面から、第2のn型半導体領域14を貫通し第1のp型半導体領域31に達するまでドライエッチングすることによって、リセス12が形成される。なお、トレンチ8を形成するためのドライエッチングと、段差部600を形成するためのドライエッチングとは、別々に行われてもよい。すなわち、トレンチ8と段差部600とは、別々に形成されてもよい。
以上説明した第9実施形態によれば、リセス12を有する半導体装置115においても、第7実施形態と同様の効果を奏し、さらに、フィールドプレート構造により段差部600における電界集中を緩和することができる。その結果、多数の素子を並列で動作させる半導体装置150の電気的特性を向上させることができる。
図23は、電力変換装置300の構成を示す説明図である。電力変換装置300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300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Lcと、ダイオードD2と、キャパシタCpとを備える。本実施形態では、トランジスタTRは、第9実施形態の半導体装置115と同様である。また、本実施形態では、ダイオードD1は、第4実施形態の半導体装置109と同様である。
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。
1s…第2の面
1u…第1の面
2…第1のn型半導体層
3…第1のp型半導体領域
4…第2のn型半導体領域
5…電極、ボディ電極、第1の電極
5t…端部
6…第2の電極
7…電極、ソース電極、第3の電極
8…トレンチ
9…絶縁膜
10…ゲート電極、制御電極
11…第2の電極、ドレイン電極
12…リセス
14…第2のn型半導体領域
15…電極、第1の電極
15t…端部
17…第1の電極
18…第1の電極
19…電極、第1の電極
109a…第2の半導体装置
110…半導体装置
111…半導体装置
112…半導体装置
113…半導体装置
114…半導体装置
115…半導体装置
120…配線電極
121e…接続部
150…半導体装置
300…電力変換装置
600…段差部
601…上面
602…側面
603…底面
772…絶縁膜
800…終端構造
C…制御領域
L…距離
Cp…キャパシタ
D1…ダイオード
D2…ダイオード
DB…ダイオードブリッジ
E…交流電源
Lc…コイル
R…負荷
S…周辺部
TR…トランジスタ
Tn…負極出力端
Tp…正極出力端
Claims (21)
- 半導体装置であって、
第1の面と第2の面とを有し、面方向に広がる基板と、
前記基板の前記第1の面側の上方に位置する第1の電極と、
前記基板の前記第2の面側に接する第2の電極と、
n型不純物を含み、前記基板と前記第1の電極との間に位置する第1のn型半導体層と、
p型不純物を含み、前記基板の厚み方向において前記第1のn型半導体層と前記第1の電極との間に位置する第1のp型半導体領域と、
n型不純物を含み、前記基板の厚み方向において前記第1のp型半導体領域と前記第1の電極との間に位置し、かつ、前記第1のp型半導体領域に接する第2のp型半導体領域と、を備え、
前記基板と、前記第1のn型半導体層と、前記第1のp型半導体領域と、前記第2のp型半導体領域とは、主に窒化ガリウム(GaN)により構成され、
前記第1のn型半導体層と前記第1のp型半導体領域とはpn接合しており、
前記第1のn型半導体層と前記第2のp型半導体領域と、の間に位置する前記第1のp型半導体領域におけるアクセプタのシート濃度は、0.8×1013cm−2以上であり、
前記第1の電極は、前記第1のn型半導体層と前記第2のp型半導体領域との少なくとも一方にショットキー接触するショットキー電極であり、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に電流が流れる、縦型の半導体装置。 - 半導体装置であって、
第1の面と第2の面とを有し、面方向に広がる基板と、
前記基板の前記第1の面側の上方に位置する第1の電極と、
前記基板の前記第2の面側に接する第2の電極と、
n型不純物を含み、前記基板と前記第1の電極との間に位置する第1のn型半導体層と、
p型不純物を含み、前記基板の厚み方向において前記第1のn型半導体層と前記第1の電極との間に位置する第1のp型半導体領域と、
n型不純物を含み、前記基板の厚み方向において前記第1のp型半導体領域と前記第1の電極との間に位置し、かつ、前記第1のp型半導体領域に接する第2のp型半導体領域と、を備え、
前記基板と、前記第1のn型半導体層と、前記第1のp型半導体領域と、前記第2のp型半導体領域とは、主に窒化ガリウム(GaN)により構成され、
前記第1のn型半導体層と前記第1のp型半導体領域とはpn接合しており、
前記第1のn型半導体層と前記第2のp型半導体領域と、の間に位置する前記第1のp型半導体領域におけるアクセプタのシート濃度は、0.8×10 13 cm −2 以上であり、
前記第1の電極には、前記面方向において所定の間隔で配置された複数の前記第2のp型半導体領域が接し、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に電流が流れる、縦型の半導体装置。 - 半導体装置であって、
第1の面と第2の面とを有し、面方向に広がる基板と、
前記基板の前記第1の面側の上方に位置する第1の電極と、
前記基板の前記第2の面側に接する第2の電極と、
n型不純物を含み、前記基板と前記第1の電極との間に位置する第1のn型半導体層と、
p型不純物を含み、前記基板の厚み方向において前記第1のn型半導体層と前記第1の電極との間に位置する第1のp型半導体領域と、
n型不純物を含み、前記基板の厚み方向において前記第1のp型半導体領域と前記第1の電極との間に位置し、かつ、前記第1のp型半導体領域に接する第2のp型半導体領域と、を備え、
前記基板と、前記第1のn型半導体層と、前記第1のp型半導体領域と、前記第2のp型半導体領域とは、主に窒化ガリウム(GaN)により構成され、
前記第1のn型半導体層と前記第1のp型半導体領域とはpn接合しており、
前記第1のn型半導体層と前記第2のp型半導体領域と、の間に位置する前記第1のp型半導体領域におけるアクセプタのシート濃度は、0.8×10 13 cm −2 以上であり、
前記第2のp型半導体領域に含まれる前記p型不純物の濃度に対する、前記第2のp型半導体領域に含まれる前記n型不純物の濃度の比は、0.1以上かつ2.0以下であり、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に電流が流れる、縦型の半導体装置。 - 半導体装置であって、
第1の面と第2の面とを有し、面方向に広がる基板と、
前記基板の前記第1の面側の上方に位置する第1の電極と、
前記基板の前記第2の面側に接する第2の電極と、
n型不純物を含み、前記基板と前記第1の電極との間に位置する第1のn型半導体層と、
p型不純物を含み、前記基板の厚み方向において前記第1のn型半導体層と前記第1の電極との間に位置する第1のp型半導体領域と、
n型不純物を含み、前記基板の厚み方向において前記第1のp型半導体領域と前記第1の電極との間に位置し、かつ、前記第1のp型半導体領域に接する第2のp型半導体領域と、を備え、
前記基板と、前記第1のn型半導体層と、前記第1のp型半導体領域と、前記第2のp型半導体領域とは、主に窒化ガリウム(GaN)により構成され、
前記第1のn型半導体層と前記第1のp型半導体領域とはpn接合しており、
前記第1のn型半導体層と前記第2のp型半導体領域と、の間に位置する前記第1のp型半導体領域におけるアクセプタのシート濃度は、0.8×10 13 cm −2 以上であり、
前記第1の電極は、前記第1のn型半導体層と、前記第2のp型半導体領域とに接し、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に電流が流れる、縦型の半導体装置。 - 請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の半導体装置であって、
前記第2のp型半導体領域と、前記第1のn型半導体層との距離は、0.08μm以上である、半導体装置。 - 請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の半導体装置であって、
前記第1のn型半導体層と前記第2のp型半導体領域と、の間に位置する前記第1のp型半導体領域におけるアクセプタのシート濃度は、1.1×1013cm−2以上である、半導体装置。 - 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の半導体装置であって、
前記第2のp型半導体領域と、前記第1のn型半導体層との距離は、0.11μm以上である、半導体装置。 - 請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の半導体装置であって、
前記第2のp型半導体領域のアクセプタ濃度は、前記第1のp型半導体領域のアクセプタ濃度よりも高い、半導体装置。 - 請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載の半導体装置であって、
前記第2のp型半導体領域の少なくとも一部は、前記第1の電極と接している、半導体装置。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項または請求項1から請求項3までのいずれか一項に従属する請求項5から請求項9までのいずれか一項に記載の半導体装置であって、
前記第1の面側の上方に位置し、前記第1の電極と前記第2の電極と、の間に流れる電流を制御するための制御電極を備える、半導体装置。 - 第1の半導体装置と第2の半導体装置とを備える半導体装置であって、
前記第1の半導体装置及び前記第2の半導体装置は、
第1の面と第2の面とを有し、面方向に広がる基板と、
前記基板の前記第1の面側の上方に位置する第1の電極と、
前記基板の前記第2の面側に接する第2の電極と、
n型不純物を含み、前記基板と前記第1の電極との間に位置する第1のn型半導体層と、
p型不純物を含み、前記基板の厚み方向において前記第1のn型半導体層と前記第1の電極との間に位置する第1のp型半導体領域と、
n型不純物を含み、前記基板の厚み方向において前記第1のp型半導体領域と前記第1の電極との間に位置し、かつ、前記第1のp型半導体領域に接する第2のp型半導体領域と、を備え、
前記基板と、前記第1のn型半導体層と、前記第1のp型半導体領域と、前記第2のp型半導体領域とは、主に窒化ガリウム(GaN)により構成され、
前記第1のn型半導体層と前記第1のp型半導体領域とはpn接合しており、
前記第1のn型半導体層と前記第2のp型半導体領域と、の間に位置する前記第1のp型半導体領域におけるアクセプタのシート濃度は、0.8×10 13 cm −2 以上であり、
前記第1の半導体装置及び前記第2の半導体装置は、前記第1の電極と前記第2の電極との間に電流が流れる縦型の半導体装置であり、
前記第1の半導体装置における前記第1の電極は、前記第2のp型半導体領域にオーミック接触するオーミック電極であり、
前記第2の半導体装置における前記第1の電極は、前記第1のn型半導体層と前記第2のp型半導体領域との少なくとも一方にショットキー接触するショットキー電極であり、
前記第1の半導体装置の備える前記基板と、前記第2の半導体装置の備える前記基板と、は同一の基板である、半導体装置。 - 半導体装置であって、
第1の面と第2の面とを有し、面方向に広がる基板と、
前記基板の前記第1の面側の上方に位置する第1の電極と、
前記基板の前記第2の面側に接する第2の電極と、
n型不純物を含み、前記基板と前記第1の電極との間に位置する第1のn型半導体層と、
p型不純物を含み、前記基板の厚み方向において前記第1のn型半導体層と前記第1の電極との間に位置する第1のp型半導体領域と、
n型不純物を含み、前記基板の厚み方向において前記第1のp型半導体領域と前記第1の電極との間に位置し、かつ、前記第1のp型半導体領域に接する第2のp型半導体領域と、を備え、
前記基板と、前記第1のn型半導体層と、前記第1のp型半導体領域と、前記第2のp型半導体領域とは、主に窒化ガリウム(GaN)により構成され、
前記第1のn型半導体層と前記第1のp型半導体領域とはpn接合しており、
前記第1のn型半導体層と前記第2のp型半導体領域と、の間に位置する前記第1のp型半導体領域におけるアクセプタのシート濃度は、0.8×10 13 cm −2 以上であり、
前記第1のn型半導体層内に底面を有する段差部を備え、
前記第2のp型半導体領域は前記第1のn型半導体層内に位置し、前記第2のp型半導体領域の上面は前記段差部の底面に位置し、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に電流が流れる、縦型の半導体装置。 - 請求項2、請求項3、請求項11のいずれか一項に記載の半導体装置であって、
n型不純物を含み、前記第1のp型半導体領域の上方に位置し、前記第1のp型半導体領域に接する第2のn型半導体領域を備える、半導体装置。 - 請求項13に記載の半導体装置であって、
前記第1の電極は、前記第2のp型半導体領域に接しており、前記第2のn型半導体領域に接し、前記第1の電極と異なる材料により構成された第3の電極を備える、半導体装置。 - 請求項13に記載の半導体装置であって、
前記第1の電極は、前記第2のp型半導体領域と、前記第2のn型半導体領域と、に接する、半導体装置。 - 請求項1、請求項2、請求項4のいずれか一項、または請求項11に記載の半導体装置であって、
前記第2のp型半導体領域に含まれる前記p型不純物の濃度に対する、前記第2のp型半導体領域に含まれる前記n型不純物の濃度の比は、0.1以上かつ2.0以下である、半導体装置。 - 請求項1から請求項16までのいずれか一項に記載の半導体装置であって、
前記p型不純物は、ベリリウム(Be)又はマグネシウム(Mg)を含む、半導体装置。 - 請求項1から請求項17までのいずれか一項に記載の半導体装置であって、
前記n型不純物は、酸素(O)又はシリコン(Si)を含む、半導体装置。 - 請求項1から請求項18までのいずれか一項に記載の半導体装置であって、
前記基板の前記面方向における格子定数と、前記第1のn型半導体層の前記面方向における格子定数と、の差は、5%以下である、半導体装置。 - 請求項1から請求項19までのいずれか一項に記載の半導体装置であって、
前記第1の電極は、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、又はPtのうち少なくとも一つを含む、半導体装置。 - 請求項1から請求項20までのいずれか一項に記載の半導体装置を備える電力変換装置。
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