JP6313500B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、半導体装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a semiconductor device.
インバータ等の電力変換装置に用いられる半導体装置として、MOS(Metal-Oxide-Se
miconductor)トランジスタ、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲー
トバイポーラトランジスタ)、ダイオードなどがある。ダイオードは、還流用としてIG
BTと逆並列に接続して用いられる。そのため、この場合のダイオードをFWD(Free W
heeling Diode)という。
As a semiconductor device used for power converters such as inverters, MOS (Metal-Oxide-Se)
miconductor) transistors, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), diodes, and the like. Diode is IG for reflux
Used in antiparallel with BT. Therefore, the diode in this case is called FWD (Free W
heeling Diode).
電力変換装置の特性改善には、MOSトランジスタやIGBTの特性改善と共に、FW
Dの特性、例えば、スイッチング時間、オン電圧及び漏れ電流等の電気的特性の改善が重
要である。
In addition to improving the characteristics of MOS transistors and IGBTs, FW
It is important to improve the characteristics of D, for example, the electrical characteristics such as switching time, on-voltage and leakage current.
本発明の実施形態は、電気的特性の向上を図ることができる半導体装置を提供する。 Embodiments of the present invention provide a semiconductor device capable of improving electrical characteristics.
第1電極と、第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に設けられ、前記第1電極とオーミック接触した第1導電形の複数の第1半導体層と、前記第1電極と前記第1半導体層に接触した少なくとも1つ以上の第1領域と、隣接する前記第1半導体層間に部分的に位置し、前記第1電極とショットキー接触し、かつ前記第1電極と前記第2電極との間に設けられた第1導電形の第2半導体層と、前記第2半導体層と前記第2電極との間に設けられ、実効的な不純物濃度が前記第2半導体層の実効的な不純物濃度よりも低い第1導電形の第3半導体層と、前記第3半導体層と前記第2電極との間に設けられ、前記第2電極と接触した第2導電形の第4半導体層と、前記第3半導体層と前記第2電極との間に設けられ前記第2電極と接触し、実効的な不純物濃度が前記第4半導体層の実効的な不純物濃度よりも高い第2導電形の第5半導体層と、前記第2電極と前記第5半導体層に接触した少なくとも1つ以上の第2領域と、を備え、前記第1電極の上面に平行な方向において、前記第1半導体層の幅は、前記第5半導体層の幅よりも長く、前記第1領域の面積を総和した面積は、前記第2領域の面積を総和した面積よりも大きい半導体装置。 A plurality of first semiconductor layers of a first conductivity type provided between the first electrode, the second electrode, the first electrode and the second electrode, and in ohmic contact with the first electrode; At least one first region in contact with the electrode and the first semiconductor layer, and partially located between the adjacent first semiconductor layers, in Schottky contact with the first electrode, and with the first electrode A second semiconductor layer of a first conductivity type provided between the second electrode and an effective impurity concentration provided between the second semiconductor layer and the second electrode; A third semiconductor layer of a first conductivity type lower than the effective impurity concentration of the first conductivity type, and a second conductivity type second semiconductor layer provided between the third semiconductor layer and the second electrode and in contact with the second electrode. 4 provided between the semiconductor layer, the third semiconductor layer, and the second electrode, and in contact with the second electrode. A fifth semiconductor layer of a second conductivity type having an effective impurity concentration higher than an effective impurity concentration of the fourth semiconductor layer, and at least one or more first electrodes in contact with the second electrode and the fifth semiconductor layer. The width of the first semiconductor layer is longer than the width of the fifth semiconductor layer in a direction parallel to the top surface of the first electrode, and the total area of the first region is A semiconductor device larger than the total area of the second regions.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。以下の説明では、同一
の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。各
図の実施例は一例であり、技術的に可能な限り各図を複合させた実施例も本実施形態に含
まれる。また、各図においては、その説明の都合上、アノード電極とカソード電極とを表
示しない場合がある。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same members are denoted by the same reference numerals, and the description of the members once described is omitted as appropriate. The example of each figure is an example, and the example which combined each figure as much as possible technically is also included in this embodiment. Moreover, in each figure, an anode electrode and a cathode electrode may not be displayed for convenience of explanation.
(第1実施形態)
先ず、第1実施形態について説明する。
(First embodiment)
First, the first embodiment will be described.
図1(a)は、第1実施形態に係る半導体装置を例示する断面模式図であり、図1(b
)は、図1(a)に示すAA’線によるカソード電極を除いた平面模式図である。
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view illustrating the semiconductor device according to the first embodiment.
) Is a schematic plan view excluding the cathode electrode taken along line AA ′ shown in FIG.
図1(a)に示すように、本実施形態に係る半導体装置1には、カソード電極11(第
1電極)、n+カソード層12(第1半導体層)、nカソード層13(第2半導体層)、
nベース層14(第3半導体層)、p+アノード層15(第4半導体層)及びアノード電
極16(第2電極)が設けられている。n+カソード層12、nカソード層13、nベー
ス層14、およびp+アノード層15は、カソード電極11とアノード電極16との間に
設けられている。半導体装置1は、例えば、ダイオードである。n+カソード層12、n
カソード層13、nベース層14及びp+アノード層15をまとめて、半導体層10とい
う。
As shown in FIG. 1A, the
An n base layer 14 (third semiconductor layer), a p + anode layer 15 (fourth semiconductor layer), and an anode electrode 16 (second electrode) are provided. The n + cathode layer 12, the
The
カソード電極11は、金属、例えば、アルミニウムを含んでいる。カソード電極11の
形状は、例えば、板状である。カソード電極11上、例えば、カソード電極11の板面上
には、複数のn+カソード層12が、相互に隔離して配置されている。
The
図1(b)に示すように、各n+カソード層12は、例えば、カソード電極11上にお
いて、一方向に延びた直方体の形状とされている。カソード電極11における各n+カソ
ード層12に接触した領域11a(第1領域)も一方向に延びている。例えば、n+カソ
ード層12は、領域11aの直上域内、すなわち、領域11aの真上の領域内に位置して
いる。この場合には、各n+カソード層12の幅Wn、すなわち、各n+カソード層12
の延びた方向と直交する方向の長さは、領域11aの幅Wnと等しい。幅Wnは、例えば
、100マイクロメートル(μm)以下である。各n+カソード層12の厚さ、すなわち
、各n+カソード層12の上端と下端との間の長さは、例えば、5マイクロメートル(μ
m)以下である。
As shown in FIG. 1B, each n + cathode layer 12 has, for example, a rectangular parallelepiped shape extending in one direction on the
The length in the direction orthogonal to the direction in which the region extends is equal to the width Wn of the
m) or less.
各n+カソード層12及び各領域11aの間隔は、例えば、50マイクロメートル(μ
m)以下である。n+カソード層12は、半導体、例えば、シリコンを含んでいる。n+
カソード層12には、ドナーとなる不純物、例えば、リンが含有されている。n+カソー
ド層12の導電形は、n形(第1導電形)である。n+カソード層12における実効的な
不純物の表面での濃度、すなわち、表面不純物濃度は、3×1017cm−3よりも高く
、例えば、1×1019cm−3以上である。
The interval between each n + cathode layer 12 and each
m) or less. The n + cathode layer 12 includes a semiconductor, for example, silicon. n +
The
なお、本明細書において「実効的な不純物濃度」とは、半導体材料の導電に寄与する不
純物の濃度をいい、例えば、半導体材料にドナーとなる不純物とアクセプタとなる不純物
の双方が含有されている場合には、活性化した不純物のうち、ドナーとアクセプタの相殺
分を除いた分の濃度をいう。以下、実効的な不純物濃度を単に不純物濃度ともいう。
In this specification, “effective impurity concentration” refers to the concentration of impurities that contribute to the conductivity of a semiconductor material. For example, the semiconductor material contains both impurities that serve as donors and impurities that serve as acceptors. In some cases, the concentration is the amount of the activated impurity minus the offset between the donor and acceptor. Hereinafter, the effective impurity concentration is also simply referred to as impurity concentration.
カソード電極11とn+カソード層12とは、オーミック接触を形成している。オーミ
ック接触とは、半導体バルクの抵抗による直列抵抗に比べて無視できるほど小さな接触抵
抗を有する金属と半導体との接触をいう。オーミック接触は、非整流性の接触となってい
る。
The
図2は、金属と半導体とのオーミック接触及びショットキー接触を例示するグラフ図で
ある。縦軸は、比接触抵抗(Ω・cm2)を示し、横軸は、不純物濃度(10−10cm
3/2及びcm−3)を示す。実線L1、L2、L3及びL4は、理論値を示し、丸印及
び四角印は、実験値を示す。
FIG. 2 is a graph illustrating ohmic contact and Schottky contact between a metal and a semiconductor. The vertical axis indicates the specific contact resistance (Ω · cm 2 ), and the horizontal axis indicates the impurity concentration (10 −10 cm
3/2 and cm −3 ). Solid lines L1, L2, L3, and L4 indicate theoretical values, and circles and squares indicate experimental values.
図2に示すように、半導体における不純物濃度が、3×1017cm−3よりも高い場
合には、金属と半導体とは、オーミック接触となる。半導体装置1において、n+カソー
ド層12における実効的な表面不純物濃度は、3×1017cm−3よりも高いので、カ
ソード電極11とn+カソード層12とは、オーミック接触となる。
As shown in FIG. 2, when the impurity concentration in the semiconductor is higher than 3 × 10 17 cm −3 , the metal and the semiconductor are in ohmic contact. In the
nカソード層13は、n+カソード層12及びカソード電極11上に配置されている。
したがって、nカソード層13は、n+カソード層12上に配置された部分13aと、カ
ソード電極11に接触した部分13bとを含んでいる。部分13aは、n+カソード層1
2とアノード電極16との間に設けられている。部分13bは、カソード電極11とアノ
ード電極16との間に設けられている。nカソード層13におけるカソード電極11に接
した部分の厚さは、数〜数10マイクロメートル(μm)、例えば、1〜20マイクロメ
ートル(μm)、または0.5〜20μmである。
The
Therefore, the
2 and the
nカソード層13は、半導体、例えば、シリコンを含んでいる。nカソード層13には
、ドナーとなる不純物、例えば、リンが含有されている。nカソード層13の導電形は、
n形である。nカソード層13における実効的な表面の不純物濃度は、n+カソード層1
2における実効的な表面の不純物濃度よりも低い。nカソード層13のカソード電極11
に接した部分におけるリンの表面濃度は、例えば、3×1017cm−3以下である。カ
ソード電極11とnカソード層13とは、ショットキー接触となっている。ショットキー
接触とは、金属と半導体との接触であって、金属と半導体との間にショットキー障壁を有
するものをいう。ショットキー接触は、整流性の接触となっている。
The
n-type. The effective surface impurity concentration in the
2 is lower than the effective surface impurity concentration.
The surface concentration of phosphorus in the portion in contact with the surface is, for example, 3 × 10 17 cm −3 or less. The
図2に示すように、半導体における実効的な表面の不純物濃度が、3×1017cm−
3以下の場合には、金属と半導体とは、ショットキー接触となる。本実施形態において、
nカソード層13における実効的な表面不純物濃度は、3×1017cm−3以下である
ので、カソード電極11とnカソード層13とは、ショットキー接触となる。
As shown in FIG. 2, the effective surface impurity concentration in the semiconductor is 3 × 10 17 cm −.
In the case of 3 or less, the metal and the semiconductor are in Schottky contact. In this embodiment,
Since the effective surface impurity concentration in the
nベース層14は、nカソード層13上に配置されている。nベース層14は、nカソ
ード層13とアノード電極16との間に設けられている。nベース層14の厚さは、例え
ば、10〜500マイクロメートル(μm)であり、素子の耐圧に応じて設計される。n
ベース層14は、半導体、例えば、シリコンを含んでいる。nベース層14には、ドナー
となる不純物、例えば、リンが含有されている。nベース層14の導電形は、n形である
。nベース層14における実効的な不純物濃度は、nカソード層13における実効的な不
純物濃度よりも低い。
The
The
p+アノード層15は、nベース層14上に配置されている。p+アノード層15は、
nベース層14とアノード電極16との間に設けられている。p+アノード層15の厚さ
は、数〜数10マイクロメートル(μm)、例えば、1〜20マイクロメートル(μm)
である。p+アノード層15は、半導体、例えば、シリコンを含んでいる。p+アノード
層15には、アクセプターとなる不純物、例えば、ボロンが含有されている。p+アノー
ド層15の導電形は、p形(第2導電形)である。p+アノード層15における実効的な
不純物の表面濃度は、3×1017cm−3よりも高く、例えば、1×1019cm−3
以上である。
The p + anode layer 15 is disposed on the
It is provided between the
It is. The p + anode layer 15 includes a semiconductor, for example, silicon. The p + anode layer 15 contains an impurity serving as an acceptor, for example, boron. The conductivity type of the p + anode layer 15 is p-type (second conductivity type). The effective impurity surface concentration in the p + anode layer 15 is higher than 3 × 10 17 cm −3 , for example, 1 × 10 19 cm −3.
That's it.
アノード電極16は、p+アノード層15上に配置されている。アノード電極16は、
金属、例えば、アルミニウムを含んでいる。アノード電極16の形状は、例えば、板状で
ある。アノード電極16は、アルミニウムを含み、p+アノード層15における実効的な
不純物濃度は、3×1017cm−3よりも高いので、アノード電極16とp+アノード
層15とは、オーミック接触となっている。
The
Contains metal, for example, aluminum. The shape of the
半導体装置1においては、図1(a)及び図1(b)に示す構成が繰り返し配置されて
いる。
In the
次に、本実施形態に係る半導体装置1の動作について説明する。
アノード電極16及びカソード電極11間に、順方向のバイアス、すなわち、カソード
電極11に対して、アノード電極16側を正極とする電圧を印加する。nカソード層13
側からnベース層14に電子が注入される。pアノード層15側からnベース層14に正
孔が注入される。これにより、アノード電極16及びカソード電極11間は導通状態とな
る。
Next, the operation of the
A forward bias, that is, a voltage having the
Electrons are injected into the
図3は、第1実施形態に係る半導体装置において、図1(a)に示す領域Bの動作を例
示する拡大図である。
FIG. 3 is an enlarged view illustrating the operation of the region B shown in FIG. 1A in the semiconductor device according to the first embodiment.
図4(a)は、第1実施形態に係る半導体装置において、カソード電極11及びnカソ
ード層13のエネルギーバンドを例示する図であり、図4(b)は、n+カソード層12
及びnカソード層13のエネルギーバンドを例示する図である。
FIG. 4A is a diagram illustrating energy bands of the
4 is a diagram illustrating an energy band of
図3に示すように、正孔は、p+アノード層15からnベース層14に注入される。こ
れにより、正孔電流19が形成される。
As shown in FIG. 3, holes are injected from the p + anode layer 15 into the
図4(a)に示すように、nカソード層13におけるフェルミ準位42は、価電子帯V
Bと伝導帯CBとの間において、伝導帯CB側に位置している。カソード電極11とnカ
ソード層13との間にショットキー障壁が形成される。しかし、正孔に対しては、エネル
ギー障壁とはならない。よって、正孔は、nベース層14及びnカソード層13を経由し
てカソード電極11に流れ込み、正孔電流19を形成する。
As shown in FIG. 4A, the
Between B and conduction band CB, it is located on the conduction band CB side. A Schottky barrier is formed between the
図4(b)に示すように、nカソード層13の正孔13hに対して、nカソード層13
とn+カソード層12との間はエネルギー障壁となる。したがって、正孔13hは、n+
カソード層12に流れ込みにくい。よって、nカソード層13における正孔は、n+カソ
ード層12上を、横方向、すなわち、カソード電極11の板面に平行な面内において、一
方向に直交する他方向に移動する。
As shown in FIG. 4 (b), the
And n + cathode layer 12 is an energy barrier. Therefore, the
It is difficult to flow into the
nカソード層13における正孔の他方向への移動により、n+カソード層12上に配置
された部分13aが、カソード電極11に接触した部分13b、すなわち、カソード電極
11に対して、正極になるようにバイアスされる。
Due to the movement of holes in the
部分13aとカソード電極11との間に形成されたバイアスによって、n+カソード層
12上におけるnカソード層13とn+カソード層12との間のエネルギー障壁は低くな
る。これにより、n+カソード層12からnカソード層13に電子が注入される。nカソ
ード層13に注入された電子は、電子電流18を形成する。
The bias formed between the
図5は、第1実施形態に係る半導体装置の不純物濃度分布と、順方向のバイアスを印加
した場合のキャリア分布を例示する模式図であり、縦軸は、半導体層の厚さ方向の位置を
示し、横軸は、不純物濃度及びキャリア濃度を示す。
FIG. 5 is a schematic view illustrating the impurity concentration distribution of the semiconductor device according to the first embodiment and the carrier distribution when a forward bias is applied. The vertical axis indicates the position of the semiconductor layer in the thickness direction. The horizontal axis indicates the impurity concentration and the carrier concentration.
図5に示すように、n+カソード層12及びp+アノード層15における不純物濃度は
、nカソード層13及びnベース層14における不純物濃度よりも高い。不純物濃度は、
n+カソード層12、nカソード層13及びnベース層14においては、例えば、リンの
濃度であり、p+アノード層15においては、例えば、ボロンの濃度である。n+カソー
ド層12における不純物濃度は、n+カソード層12の下端で最も高い。p+アノード層
15における不純物濃度は、p+アノード層15の上端で最も高い。
As shown in FIG. 5, the impurity concentration in the n + cathode layer 12 and the p + anode layer 15 is higher than the impurity concentration in the
In the n + cathode layer 12, the
nカソード層13の不純物濃度は、n+カソード層12及びnベース層14における不
純物濃度の中間の値となっている。n+カソード層12上に配置された部分13aにおけ
る不純物濃度は、n+カソード層12に接触した部分が最も高い。カソード電極11に接
触した部分13bにおける不純物濃度は、下端で最も高い。
The impurity concentration of the
nベース層14の不純物濃度は、上端で急激に減少する以外は、ほぼ一定の値である。
The impurity concentration of the
図5に示すように、順バイアスを印加した場合のキャリア分布20は、nベース層14
において、nベース層14の不純物濃度よりも高く、n+カソード層12の下端及びp+
アノード層15の上端よりも低い濃度分布を示す。
As shown in FIG. 5, the
, The impurity concentration of the
The concentration distribution is lower than that of the upper end of the
nカソード層13を設けることにより、n+カソード層12からの電子の注入量は低減
する。よって、順バイアスを印加した場合のキャリア分布20は、後述する比較例に係る
半導体装置のキャリア分布120よりも低濃度側に位置する。特に、カソード電極11側
の値は、著しく低減する。これにより、キャリア分布20は、後述する比較例のキャリア
分布120よりも平坦となる。
By providing the
図6は、第1実施形態に係る半導体装置の不純物濃度分布と、逆方向のバイアスを印加
した場合の過渡状態のキャリア分布を例示するグラフ図であり、縦軸は、半導体層の厚さ
方向の位置を示し、横軸は、不純物濃度及びキャリア濃度を示す。
FIG. 6 is a graph illustrating the impurity concentration distribution of the semiconductor device according to the first embodiment and the transient carrier distribution when a reverse bias is applied, and the vertical axis indicates the thickness direction of the semiconductor layer. The horizontal axis represents the impurity concentration and the carrier concentration.
図6に示すように、アノード電極16及びカソード電極11間に順方向のバイアスを印
加していた状態から、逆方向のバイアス、すなわち、アノード電極16に対してカソード
電極11を正に印加した場合には、nベース層14に存在する正孔は、アノード電極16
側に移動する。nベース層14に存在する電子はカソード電極11側に移動する。
As shown in FIG. 6, when a forward bias is applied between the
Move to the side. The electrons existing in the
これにより、nベース層14におけるキャリア分布20は、カソード電極11側に後退
する。さらに、p+アノード層15とnベース層14との界面を起点にして、空乏層がn
ベース層14に拡がる。これにより、半導体装置1におけるアノード電極16及びカソー
ド電極11間の導通は遮断される。
Thereby, the
The
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態においては、nカソード層13を、n+カソード層12上に配置された部分
13aと、カソード電極11に接触した部分13bとを含むようにしているので、電子の
注入量が抑制される。よって、導通状態でのカソード電極11側のキャリア濃度が低減す
る。
Next, the effect of this embodiment will be described.
In the present embodiment, since the
また、本実施形態に係る半導体装置1においては、ライフタイムキラーを導入しなくて
も、キャリア分布20が低減する。
Moreover, in the
図7は、第1実施形態及び後述する比較例に係る半導体装置の200アンペア(A)の
定常導通電流からのスイッチング電流、スイッチング電圧及びスイッチング特性の計算結
果を例示するグラフ図であり、縦軸は、電流(A)、電圧(V)及び損失(J)を示し、
横軸は、時間(sec)を示す。
FIG. 7 is a graph illustrating the calculation results of the switching current, the switching voltage, and the switching characteristics from the steady-state conduction current of 200 amperes (A) of the semiconductor device according to the first embodiment and a comparative example described later. Indicates current (A), voltage (V) and loss (J),
The horizontal axis indicates time (sec).
図7に示すように、第1実施形態において、半導体装置1におけるスイッチング電流A
1のリカバリー期間及びテイル期間は、後述する比較例に係る半導体装置101の場合に
おけるスイッチング電流A101のリカバリー期間及びテイル期間に対して短い。また、
半導体装置1におけるスイッチング電圧V1は、後述する比較例に係る半導体装置の場合
におけるスイッチング電圧V101と比較して、減少するのが速く、一定値に達するのも
速い。半導体装置1におけるスイッチング損失J1は、後述する比較例に係る半導体装置
の場合におけるスイッチング損失J101と比較して60%以下である。
As shown in FIG. 7, in the first embodiment, the switching current A in the
The recovery period and tail period of 1 are shorter than the recovery period and tail period of the switching current A101 in the case of the
The switching voltage V1 in the
図8(a)は、第1実施形態に係る半導体装置のスイッチング損失と順方向電圧の関係
を例示するグラフ図であり、縦軸は、スイッチング損失Errを示し、横軸は、順方向電
圧VFを示す。
FIG. 8A is a graph illustrating the relationship between the switching loss and the forward voltage of the semiconductor device according to the first embodiment. The vertical axis indicates the switching loss Err , and the horizontal axis indicates the forward voltage. VF is shown.
図8(a)に示すように、半導体装置1のスイッチングは、後述する比較例に係る半導
体装置101に比べてより高速になる。
As shown in FIG. 8A, the switching of the
図8(b)は、第1実施形態に係る半導体装置の漏れ電流の温度特性を例示するグラフ
図であり、縦軸は、漏れ電流の大きさ(logμA/cm2)を示し、横軸は、温度(K
)を示す。
FIG. 8B is a graph illustrating the temperature characteristics of the leakage current of the semiconductor device according to the first embodiment, where the vertical axis indicates the magnitude of the leakage current (log μA / cm 2 ), and the horizontal axis indicates , Temperature (K
).
図8(b)に示すように、本実施形態に係る半導体装置1には、ライフタイムキラーを
導入していないので、後述する比較例に係る半導体装置101に比べて、漏れ電流を小さ
くすることができる。これにより、特に、高温において安全に動作させることができる。
As shown in FIG. 8B, since the lifetime killer is not introduced into the
なお、図1(a)及び図1(b)において、n+カソード層12の幅を、nカソード層
13におけるカソード電極11に接した部分13bの幅より大きくしたが、これに限らな
い。例えば、n+カソード層12の幅を、部分13bの幅より小さくしてもよい。
In FIG. 1A and FIG. 1B, the width of the n + cathode layer 12 is larger than the width of the
(第1実施形態の変形例)
次に、第1実施形態の変形例について説明する。
(Modification of the first embodiment)
Next, a modification of the first embodiment will be described.
図9(a)は、第1実施形態の変形例に係る半導体装置を例示する断面模式図であり、
図9(b)は、図9(a)に示すAA’線によるカソード電極を除いた平面模式図である
。
FIG. 9A is a schematic cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to a modification of the first embodiment.
FIG. 9B is a schematic plan view excluding the cathode electrode along the line AA ′ shown in FIG.
本変形例は、n+カソード層12及びnカソード層13の形状及び配置が異なった例で
ある。
This modification is an example in which the shape and arrangement of the n + cathode layer 12 and the
図9(a)及び図9(b)に示すように、本変形例における半導体装置1aにおいて、
複数のn+カソード層12は、上方から見て、円形状とされている。カソード電極11に
おけるn+カソード層12に接触した領域11aも、円形状とされている。各カソード電
極11及び各領域11aの外径は、例えば、100マイクロメートル(μm)以下とされ
ている。複数のn+カソード層12及び複数の領域11aは、カソード電極11上におい
て、一方向及び他方向にマトリックス状に配列されている。
As shown in FIGS. 9A and 9B, in the
The plurality of n + cathode layers 12 are circular when viewed from above. A
n+カソード層12の厚さは、例えば、5マイクロメートル(μm)以下である。各n
+カソード層12及び各領域11aの間隔は、例えば、50マイクロメートル(μm)以
下である。本変形例における上記以外の構成は、前述の第1実施形態と同様である。
The thickness of the n + cathode layer 12 is, for example, 5 micrometers (μm) or less. Each n
The distance between the +
次に、本変形例の動作について説明する。
本変形例において、nカソード層13におけるn+カソード層12上に配置された部分
13aに到達した正孔は、水平方向、すなわち、カソード電極11の板面に平行な方向に
おいて、放射状にあらゆる方向の成分をもって移動する。そして、nカソード層13にお
けるカソード電極11に接した部分13bに到達した正孔は、カソード電極11に流れ込
む。本変形例における上記以外の動作は、前述の第1実施形態と同様である。
Next, the operation of this modification will be described.
In this modification, the holes that have reached the
次に、本変形例の効果について説明する。
本変形例においては、n+カソード層12の領域を少なくできるので、電子注入量をよ
り抑制でき、より高速化を実現できる。さらに、正孔電流における水平方向の成分が、他
方向だけではないので、正孔電流を均一化することができる。本変形例における上記以外
の効果は、前述の第1実施形態と同様である。
Next, the effect of this modification will be described.
In this modification, since the area of the n +
なお、図9(b)においては、カソード電極11におけるn+カソード層12と接触し
た領域11aを円形状としたが、これに限らない。カソード電極11におけるnカソード
層13と接触した領域11bを円形状としてもよい。すなわち、n+カソード層12に、
カソード電極11の板面に平行な面の断面形状が円形状であって、n+カソード層12を
上下に貫通する複数の貫通孔を形成する。その貫通孔を介して、nカソード層13の下端
をカソード電極11に接触させてもよい。
In FIG. 9B, the
The cross-sectional shape of the surface parallel to the plate surface of the
(比較例)
次に、第1実施形態の比較例について説明する。
(Comparative example)
Next, a comparative example of the first embodiment will be described.
図10は、第1実施形態の比較例に係る半導体装置を例示する断面図である。 FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to a comparative example of the first embodiment.
図10に示すように、本比較例に係る半導体装置101には、カソード電極11、n+
カソード層92、nベース層14、p+アノード層15及びアノード電極16が設けられ
ている。本比較例において、半導体層10は、n+カソード層92、nベース層14及び
p+アノード層15を含んでいる。
As shown in FIG. 10, the
A
n+カソード層92は、カソード電極11上に配置されている。nベース層14は、n
+カソード層92上に配置されている。したがって、本比較例においては、カソード電極
11上に、複数のn+カソード層12が相互に離隔して形成されていない。n+カソード
層92は、カソード電極11の上面に層状に形成されている。
The n + cathode layer 92 is disposed on the
+ Arranged on the
nベース層14は、n+カソード層92上に設けられている。nベース層14とn+カ
ソード層92との間にnカソード層13が設けられていない。nベース層14には、ライ
フタイムキラー、例えば、重金属元素が導入されている。本比較例における上記以外の構
成は、前述の第1実施形態と同様である。
The
次に、比較例に係る半導体装置101の動作について説明する。
アノード電極16及びカソード電極11間に、カソード電極11側に対して、アノード
電極16側を正極とする電圧を印加する。n+カソード層92側からnベース層14に電
子が注入される。p+アノード層15側からnベース層14に正孔が注入される。これに
より、カソード電極11及びアノード電極16間は導通状態となる。
Next, the operation of the
A voltage having the
図11(a)は、第1実施形態の比較例に係る半導体装置の不純物濃度分布と、順方向
のバイアスを印加した場合のキャリア分布を例示するグラフ図であり、縦軸は、半導体層
の厚さ方向の位置を示し、横軸は、濃度を示す。
FIG. 11A is a graph illustrating the impurity concentration distribution of the semiconductor device according to the comparative example of the first embodiment and the carrier distribution when a forward bias is applied. The vertical axis represents the semiconductor layer. The position in the thickness direction is shown, and the horizontal axis shows the concentration.
図11(a)に示すように、本比較例においては、nカソード層13が設けられておら
ず、カソード電極11側のキャリア濃度を低減することができない。
As shown in FIG. 11A, in this comparative example, the
また、ライフタイムキラーを導入している場合には、キャリア分布120におけるnベ
ース層14の中央部の値は低くなる。
In addition, when a lifetime killer is introduced, the value of the central portion of the
図11(b)は、第1実施形態の比較例に係る半導体装置の不純物濃度分布と、逆方向
のバイアスを印加した場合の過渡状態のキャリア分布を例示するグラフ図であり、縦軸は
、半導体層の厚さ方向の位置を示し、横軸は、濃度を示す。
FIG. 11B is a graph illustrating the impurity concentration distribution of the semiconductor device according to the comparative example of the first embodiment and the carrier distribution in the transient state when a reverse bias is applied. The position of the semiconductor layer in the thickness direction is shown, and the horizontal axis shows the concentration.
図11(b)に示すように、順方向のバイアスを印加していた状態から、逆方向のバイ
アス、すなわち、アノード電極16に対してカソード電極11を正に印加した場合には、
nベース層14に注入されていた正孔は、アノード電極16側に移動する。これにより、
nベース層14におけるキャリア分布120は、カソード電極11側に後退する。さらに
、p+アノード層15とnベース層14との界面を起点にして、空乏層がnベース層14
に拡がる。
As shown in FIG. 11B, when the forward bias is applied, the reverse bias, that is, when the
The holes injected into the
The
To spread.
これにより、半導体装置101におけるアノード電極16及びカソード電極11間の導
通は遮断される。ここで、図5及び図6で説明した本実施形態の半導体装置1における導
通状態のカソード電極11側のキャリア濃度の低減に比較して、図11では、導通状態で
のカソード電極11側のキャリア濃度が高く空乏層がカソード電極11側に拡がった時点
においても、カソード電極11側のキャリア濃度が高いので高速化することができない。
Thereby, conduction between the
本比較例においては、ライフタイムを低減させるために、ライフタイムキラーを導入す
る必要がある。これにより、図8(b)に示したように、オフ時の漏れ電流は、増大する
。よって、半導体装置101の適用温度範囲は狭い。
In this comparative example, it is necessary to introduce a lifetime killer in order to reduce the lifetime. Thereby, as shown in FIG.8 (b), the leakage current at the time of OFF increases. Therefore, the applicable temperature range of the
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described.
図12は、第2実施形態に係る半導体装置を例示する断面模式図である。 FIG. 12 is a schematic cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to the second embodiment.
図13(a)は、第2実施形態に係る半導体装置において、図12に示すAA’線によ
るアノード電極を除いた平面模式図であり、図13(b)は、図12に示すBB’線によ
るカソード電極を除いた平面模式図である。
FIG. 13A is a schematic plan view of the semiconductor device according to the second embodiment, excluding the anode electrode taken along line AA ′ shown in FIG. 12, and FIG. 13B is a line BB ′ shown in FIG. It is a plane schematic diagram except the cathode electrode by.
図12、図13(a)及び図13(b)に示すように、本実施形態に係る半導体装置2
において、nベース層14上には、pアノード層17(第5半導体層)が設けられている
。pアノード層17の厚さは、数〜数10マイクロメートル(μm)、例えば、1〜20
マイクロメートル(μm)である。pアノード層17は、半導体、例えば、シリコンを含
んでいる。pアノード層17には、アクセプターとなる不純物、例えば、ボロンが含有さ
れている。pアノード層17の導電形は、p形である。pアノード層17における実効的
な不純物濃度は、p+アノード層95(第4半導体層)における実効的な不純物濃度より
も低い。pアノード層17におけるボロンの表面濃度は、例えば、3×1017cm−3
以下である。
As shown in FIG. 12, FIG. 13A and FIG. 13B, the
, A p anode layer 17 (fifth semiconductor layer) is provided on the
Micrometer (μm). The
It is as follows.
p+アノード層95は、pアノード層17上に複数個、相互に隔離して配置されている
。各p+アノード層95は、例えば、一方向に延びた複数の直方体の形状とされている。
各p+アノード層95間には、pアノード層17の上部が挟まれている。各p+アノード
層95の幅Wpは、例えば、10マイクロメートル(μm)以下である。各p+アノード
層95の厚さは、例えば、5マイクロメートル(μm)以下である。幅Wnを幅Wpより
も大きくしている。各p+アノード層95の間隔は、例えば、100マイクロメートル(
μm)以下である。半導体層10は、n+カソード層12、nカソード層13、nベース
層14、pアノード層17及びp+アノード層95を含んでいる。
A plurality of p + anode layers 95 are arranged on the
The upper part of the
μm) or less. The
アノード電極16は、p+アノード層95及びpアノード層17上に配置されている。
したがって、pアノード層17は、nベース層14とアノード電極16との間及びnベー
ス層14とp+アノード層95との間に配置されている。また、pアノード層17は、p
+アノード層95の下方に配置された部分17aと、アノード電極16と接触した部分1
7bとを含んでいる。部分17aは、p+アノード層95とnベース層14との間に設け
られている。部分17bは、nベース層14とアノード電極16との間に設けられている
。アノード電極16とp+アノード層95との間はオーミック接触とされている。
The
Therefore, the
+ A
7b. The
アノード電極16におけるp+アノード層95に接触した領域16a(第2領域)も一
方向に延びている。例えば、p+アノード層95は、領域16aの直下域内、すなわち、
領域16aの真下の領域内に位置している。よって、領域16aの幅も幅Wpである。幅
Wnは幅Wpよりも大きい。よって、各領域11aの面積は、各領域16aの面積よりも
大きい。例えば、各領域11aの面積を総和した面積Snは、各領域16aの面積を総和
した面積Spよりも大きい。各領域16aの間隔は、各p+アノード層95の間隔と等し
く、例えば、100マイクロメートル(μm)以下である。
A
It is located in the region directly below the
アノード電極16は、アルミニウムを含み、pアノード層17における実効的な表面不
純物濃度は、3×1017cm−3以下であるので、アノード電極16とpアノード層1
7とは、ショットキー接触となる。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第1実
施形態と同様である。
Since the
7 is a Schottky contact. Other configurations in the present embodiment are the same as those in the first embodiment.
次に、第2実施形態に係る半導体装置の動作について説明する。
アノード電極16及びカソード電極11間に、順方向のバイアス、すなわち、カソード
電極11側に対して、アノード電極16側を正極とする電圧を印加する。nカソード層1
3側からnベース層14に電子が注入される。pアノード層17側からnベース層14に
正孔が注入される。これにより、アノード電極16及びカソード電極11間は導通状態と
なる。
Next, the operation of the semiconductor device according to the second embodiment will be described.
Between the
Electrons are injected into the
前述したように、電子は、n+カソード層12からnカソード層13を経由してnベー
ス層14に注入される。
As described above, electrons are injected from the n + cathode layer 12 through the
pアノード層17とアノード電極16との間は、電子に対しては、エネルギー障壁とは
ならない。よって、nベース層14に注入された電子は、pアノード層17を経由してア
ノード電極16に流れ込み、電子電流を形成する。
The
pアノード層17とp+アノード層95との間は、電子に対して、エネルギー障壁とな
る。したがって、pアノード層17における電子は、p+アノード層95に流れ込みにく
い。よって、pアノード層17における電子は、p+アノード層95の下方を、横方向、
すなわち、アノード電極16の板面に平行な面内において、他方向に移動する。
Between the
That is, it moves in the other direction within a plane parallel to the plate surface of the
pアノード層17における電子の他方向への移動により、p+アノード層95の下方に
配置された部分17aが、アノード電極16に接触した部分17b、すなわち、アノード
電極16に対して、負極になるように順バイアスされる。
Due to the movement of electrons in the
部分17aとアノード電極16との間に形成されたバイアスによって、p+アノード層
95の下方におけるpアノード層17とp+アノード層95との間の正孔に対するエネル
ギー障壁が低くなる。これにより、p+アノード層95からpアノード層17に正孔が注
入される。pアノード層17に注入された正孔は、正孔電流を形成する。
The bias formed between the
図14は、第2実施形態に係る半導体装置の不純物濃度分布と、順方向のバイアスを印
加した場合のキャリア分布を例示するグラフ図であり、縦軸は、半導体層の厚さ方向の位
置を示し、横軸は、濃度を示す。
FIG. 14 is a graph illustrating the impurity concentration distribution of the semiconductor device according to the second embodiment and the carrier distribution when a forward bias is applied, and the vertical axis indicates the position of the semiconductor layer in the thickness direction. The horizontal axis indicates the concentration.
図15は、第2実施形態及び比較例に係る半導体装置において、順方向のバイアスを印
加した場合の100A/cm2程度の定常導通状態におけるキャリア分布の計算結果を例
示するグラフ図であり、横軸は、半導体層の厚さ方向の位置を示し、縦軸は、キャリア濃
度(cm−3)を示す。
FIG. 15 is a graph illustrating the calculation result of the carrier distribution in a steady conduction state of about 100 A / cm 2 when a forward bias is applied in the semiconductor device according to the second embodiment and the comparative example. An axis | shaft shows the position of the thickness direction of a semiconductor layer, and a vertical axis | shaft shows carrier concentration (cm <-3 >).
図14に示すように、n+カソード層12及びp+アノード層95における不純物濃度
は、nカソード層13、nベース層14及びpアノード層17における不純物濃度よりも
高い。
As shown in FIG. 14, the impurity concentration in the n + cathode layer 12 and the p + anode layer 95 is higher than the impurity concentration in the
pアノード層17の不純物濃度は、p+アノード層95及びnベース層14の中間の濃
度である。p+アノード層95の下方に配置された部分17aにおける不純物濃度は、p
+アノード層95に接触した部分が最も高い。アノード電極16に接触した部分17bに
おける不純物濃度は、上端で最も高い。
The impurity concentration of the
+ The portion in contact with the
nカソード層13による電子の注入量の低減に加えて、pアノード層17を設けること
により、p+アノード層95からの正孔の注入量も低減させている。これにより、キャリ
ア分布20は、図15に示すように、前述の比較例に係る半導体装置のキャリア分布12
0よりも平坦となっている。
In addition to reducing the amount of electrons injected by the
It is flatter than 0.
アノード電極16及びカソード電極11間に順方向のバイアスを印加していた状態から
、逆方向のバイアス、すなわち、アノード電極16に対して、カソード電極11を正に印
加した場合には、nベース層14に存在する正孔は、アノード電極16側に移動する。n
ベース層14に存在する電子は、カソード電極11側に移動する。
When the forward bias is applied between the
Electrons present in the
これにより、nベース層14におけるキャリア分布20は、カソード電極11側に後退
する。さらに、pアノード層17とnベース層14との界面を起点にして、空乏層がnベ
ース層14に拡がる。これにより、半導体装置1におけるアノード電極16及びカソード
電極11間の導通は遮断される。
Thereby, the
図16(a)は、第2実施形態に係る半導体装置の数アンペア(A)程度の小導通電流
からのスイッチング電流を例示するグラフ図であり、縦軸は、電流を示し、横軸は、時間
を示し、図16(b)は、第1実施形態の比較例に係る半導体装置の数アンペア(A)程
度の小導通電流からのスイッチング電流を例示するグラフ図であり、縦軸は、電流を示し
、横軸は、時間を示す。
FIG. 16A is a graph illustrating a switching current from a small conduction current of about several amperes (A) of the semiconductor device according to the second embodiment, where the vertical axis indicates the current and the horizontal axis indicates FIG. 16B is a graph illustrating the switching current from a small conduction current of about several amperes (A) of the semiconductor device according to the comparative example of the first embodiment, and the vertical axis represents the current. The horizontal axis indicates time.
図16(a)に示す本実施形態の幅Wn>幅Wpの場合には、半導体装置2におけるア
ノード電極16及びカソード電極11間に逆バイアスを印加した直後には、nベース層1
4に存在する正孔及び電子により、逆方向に電流が流れる。そして、逆方向の電流量は最
大値となる。その後、逆電流は減少する。所定の値まで逆電流が減少した後、ゆるやかに
減少する。そして、電流値は0になる。
When width Wn> width Wp of this embodiment shown in FIG. 16A, the
Current flows in the opposite direction due to the holes and electrons present in 4. The amount of current in the reverse direction is the maximum value. Thereafter, the reverse current decreases. After the reverse current decreases to a predetermined value, it gradually decreases. Then, the current value becomes zero.
逆バイアスを印加した直後において、電流が0になったときから逆方向の電流量が最大
値を経て傾きが緩やかになるまでをリカバリー期間43という。所定の傾きでゆるやかに
減少したときから電流値が0になるまでをテイル期間44という。
Immediately after applying the reverse bias, the period from when the current becomes zero until the reverse current amount reaches the maximum value and the slope becomes gentle is referred to as a
アノード電極16側の正孔の注入量を低減させることにより、リカバリー期間43が短
縮する。カソード電極11側の電子の注入量を低減させることにより、テイル期間44が
短縮する。
By reducing the amount of holes injected on the
幅Wn>幅Wpの場合には、カソード電極11側の電子の注入量を、アノード電極16
側の正孔の注入量より大きくすることができる。すなわち、カソード電極11側の定常状
態におけるキャリアの蓄積量を、アノード電極16側の定常状態におけるキャリアの蓄積
量よりも大きくすることができる。これにより、過渡期のnベース層14のカソード電極
11側に、キャリアを残留させることができる。このようにして、電流波形における電流
振動が抑制される。
When width Wn> width Wp, the amount of electrons injected on the
It can be made larger than the amount of holes injected on the side. That is, the amount of accumulated carriers in the steady state on the
カソード電極11側の電子の注入量を、アノード電極16側の正孔の注入量より大きく
するためには、領域11aの幅Wnを、領域16aの幅Wpよりも大きくする。すなわち
、幅Wn>幅Wpの関係を満たすようにする。また、面積Snを面積Spよりも大きくす
る。
In order to make the injection amount of electrons on the
図16(b)に幅Wnが幅Wp以下の場合、すなわち、幅Wn≦幅Wpの場合を示す。
この場合には、過渡期のnベース層14のカソード電極11側に、キャリアを残留させる
ことができない。なぜなら、定常導通状態においてカソード電極11側の電子の注入量が
、アノード電極16側の正孔の注入量より小さいので、リカバリーの初期においてアノー
ド電極16側の蓄積キャリアが減少した時点で、カソード電極11側の蓄積キャリアもな
くなっているからである。
FIG. 16B shows a case where the width Wn is equal to or smaller than the width Wp, that is, the case where the width Wn ≦ the width Wp.
In this case, carriers cannot be left on the
これにより、例えば、リカバリー期間43の終期に、電流の向きが小刻みに変化する電
流振動が発生する。この場合には、ノイズが大きくなる。このように、数アンペア(A)
程度の小導通電流からのスイッチング電流においては、定常導通電流とは異なりキャリア
密度が低いので振動が出やすいが、本発明に係るダイオードでは、振動しないことが分か
った。
Thereby, for example, at the end of the
In a switching current from a small conduction current of a certain degree, unlike the steady conduction current, the carrier density is low and thus vibration is likely to occur.
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態に係る半導体装置2においては、nカソード層13及びpアノード層17が
設けられているので、電子注入量及び正孔注入量を抑制することができる。よって、カソ
ード電極11側及びアノード電極16側のキャリア分布が低減する。これにより、スイッ
チング動作がより高速になる。
Next, the effect of this embodiment will be described.
In the
本実施形態においては、半導体装置2における幅Wnを幅Wpよりも大きくしている。
また、面積Snを面積Spよりも大きくしている。さらに、部分13aにおける横方向の
電流経路を、部分17aにおける横方向の電流経路よりも長くして、部分13a及び部分
13b間のバイアスを大きくしている。
In the present embodiment, the width Wn in the
Further, the area Sn is made larger than the area Sp. Further, the lateral current path in the
このようにして、nカソード層13に注入される電子の量を、pアノード層17に注入
される正孔の量よりも大きくしている。これにより、pアノード層17側におけるキャリ
ア濃度を、nカソード層13側よりも低減させている。このため、ターンオフスイッチン
グ時においてテイル電流が大幅に低減する。また、スイッチング損失が60%以下に低減
する。
In this way, the amount of electrons injected into the
また、順バイアスから逆バイアスにスイッチングした時の電流振動の発生を抑制するこ
とができる。これにより、ノイズの発生が抑制される。本実施形態における上記以外の動
作及び効果は、前述の第1実施形態と同様である。
In addition, the occurrence of current oscillation when switching from forward bias to reverse bias can be suppressed. Thereby, generation | occurrence | production of noise is suppressed. Operations and effects other than those described above in the present embodiment are the same as those in the first embodiment described above.
なお、p+アノード層95及び領域16aは、一方向に延びるように配置されたが、こ
れに限らない。p+アノード層95及び領域16aは、一方向または一方向に交差する他
方向のいずれか一方に延びていてもよい。交差する場合の構造については後述する。
The p + anode layer 95 and the
(第2実施形態の第1変形例)
次に、第2実施形態の第1変形例について説明する。
(First Modification of Second Embodiment)
Next, a first modification of the second embodiment will be described.
図17は、第2実施形態の第1変形例に係る半導体装置を例示する断面模式図である。 FIG. 17 is a schematic cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to a first modification of the second embodiment.
図18(a)は、第2実施形態の第1変形例に係る半導体装置において、図17に示す
AA’線によるアノード電極10除いた平面模式図であり、図18(b)は、図17に示
すBB’線によるカソード電極を除いた平面模式図である。
FIG. 18A is a schematic plan view of the semiconductor device according to the first modified example of the second embodiment, excluding the
本変形例は、n+カソード層12及びnカソード層13並びにp+アノード層95及び
pアノード層17の形状及び配置が異なった例である。
This modification is an example in which the shapes and arrangements of the n + cathode layer 12 and the
図17及び18(a)に示すように、本変形例における半導体装置2aにおいて、pア
ノード層17上には、複数のp+アノード層95が相互に離隔して設けられている。各p
+アノード層95は、上方から見て、円形状とされている。アノード電極16におけるp
+アノード層95と接触した各領域16aも、円形状とされている。
As shown in FIGS. 17 and 18 (a), in the
The +
Each
各p+アノード層95及び各領域16aの半径R16は、例えば、10マイクロメート
ル(μm)以下とされている。複数のp+アノード層95及び複数の領域16aは、アノ
ード電極16の下方において、一方向及び他方向にマトリックス状に配列されている。p
+アノード層95の厚さは、例えば、5マイクロメートル(μm)以下である。各p+ア
ノード層95及び各領域16aの間隔は、例えば、50マイクロメートル(μm)以下で
ある。
The radius R16 of each p + anode layer 95 and each
The thickness of +
図18(b)に示すように、カソード電極11上には、複数のn+カソード層12が設
けられている。各n+カソード層12は、上方から見て、円形状とされている。カソード
電極11におけるn+カソード層12に接触した各領域11aも、円形状とされている。
各n+カソード層12及び各領域11aの半径R11は、例えば、100マイクロメート
ル(μm)以下とされている。複数のn+カソード層12及び複数の領域11aは、カソ
ード電極11上において、一方向及び他方向にマトリックス状に配列されている。
As shown in FIG. 18B, a plurality of n + cathode layers 12 are provided on the
The radius R11 of each n + cathode layer 12 and each
n+カソード層12の厚さは、例えば、5マイクロメートル(μm)以下である。各n
+カソード層12及び各領域11aの間隔は、例えば、50マイクロメートル(μm)以
下である。
The thickness of the n + cathode layer 12 is, for example, 5 micrometers (μm) or less. Each n
The distance between the +
半径R11を、半径R16よりも大きくする。また、面積Snを面積Spよりも大きく
する。さらに、各領域11aの重心から各領域11aの端縁までの距離を、各領域16a
の重心から各領域16aの端縁までの距離よりも大きくする。
The radius R11 is made larger than the radius R16. Further, the area Sn is made larger than the area Sp. Further, the distance from the center of gravity of each
It is made larger than the distance from the center of gravity to the edge of each
本変形例における上記以外の構成は、前述の第2実施形態と同様である。 The configuration other than the above in the present modification is the same as that of the second embodiment described above.
次に、本変形例に係る半導体装置2aの動作について説明する。
本変形例において、pアノード層17におけるp+アノード層95の直下域に到達した
電子は、水平方向、すなわち、アノード電極16の板面に平行な方向において、放射状に
あらゆる方向の成分をもって移動する。そして、p+アノード層95の直下域以外の部分
に到達した電子は、アノード電極16に流れ込む。
Next, the operation of the
In this modification, electrons that have reached the region immediately below the p + anode layer 95 in the
また、nカソード層13におけるn+カソード層12の直上域に到達した正孔は、水平
方向、すなわち、カソード電極11の板面に平行な方向において、放射状にあらゆる方向
の成分をもって移動する。そして、n+カソード層12の直上域以外の部分に到達した正
孔は、カソード電極11に流れ込む。
In addition, the holes that have reached the region immediately above the n + cathode layer 12 in the
n+カソード層12及び領域11aの半径R11を、p+アノード層95及び領域16
aの半径R16より大きくしているので、カソード電極11側の電子の注入量は、アノー
ド電極16側の正孔の注入量より大きくなる。また、各領域11aの重心から各領域11
aの端縁までの距離を、各領域16aの重心から各領域16aの端縁までの距離よりも大
きくしているので、部分13aにおける電流経路は、部分17aにおける電流経路よりも
大きくなる。
The radius R11 of the n + cathode layer 12 and the
Since the radius a is larger than the radius R16, the injection amount of electrons on the
Since the distance to the edge of a is larger than the distance from the center of gravity of each
本変形例における上記以外の動作は、前述の第1実施形態と同様である。 Operations other than those described above in the present modification are the same as those in the first embodiment described above.
次に、本変形例の効果について説明する。
本変形例においては、正孔電流及び電子電流における水平方向の成分が、他方向だけで
はないので、正孔電流及び電子電流を均一化することができる。また、部分13aにおけ
る電流経路が、部分17aにおける電流経路よりも大きい。よって、部分13aと部分1
3bとの間のバイアスが、部分17aと部分17bとの間のバイアスよりも大きくなる。
これにより、正孔注入量が電子注入量よりも低減し、スイッチング損失が低減する。本変
形例における上記以外の効果は、前述の第1実施形態と同様である。
Next, the effect of this modification will be described.
In the present modification, the horizontal component of the hole current and the electron current is not limited to the other direction, so that the hole current and the electron current can be made uniform. Further, the current path in the
The bias between 3b is larger than the bias between the
As a result, the hole injection amount is smaller than the electron injection amount, and the switching loss is reduced. The effects of the present modification other than those described above are the same as those of the first embodiment.
(第2実施形態の第2変形例)
次に、第2実施形態の第2変形例について説明する。
(Second Modification of Second Embodiment)
Next, a second modification of the second embodiment will be described.
図19は、第2実施形態の第2変形例に係る半導体装置を例示する断面模式図である。 FIG. 19 is a schematic cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to a second modification of the second embodiment.
図20(a)は、第2実施形態の第2変形例に係る半導体装置において、図19に示す
AA’線によるアノード電極を除いた平面模式図であり、図20(b)は、図19に示す
BB’線によるカソード電極を除いた平面模式図である。
FIG. 20A is a schematic plan view of the semiconductor device according to the second modification of the second embodiment, excluding the anode electrode taken along line AA ′ shown in FIG. 19, and FIG. It is a plane schematic diagram except the cathode electrode by BB 'line shown in FIG.
本変形例は、n+カソード層12及びnカソード層13並びにp+アノード層95及び
pアノード層17の形状及び配置が異なった別の例である。
This modification is another example in which the shapes and arrangements of the n + cathode layer 12 and the
図19及び図20(a)に示すように、本変形例に係る半導体装置2bにおいては、ア
ノード電極16におけるpアノード層17と接触した領域16bを円形状とする。すなわ
ち、pアノード層17は、アノード電極16と接触した複数の部分17bを含んでいる。
部分17bは、上方から見て円形状である。複数の部分17bは、pアノード層17にお
けるp+アノード層95の下方に配置された部分17aに接続されている。
As shown in FIGS. 19 and 20A, in the
The
また、図20(b)に示すように、カソード電極11におけるnカソード層13と接触
した領域11bを円形状とする。すなわち、nカソード層13は、カソード電極11と接
触した複数の部分13bを含んでいる。部分13bは、上方から見て円形状である。複数
の部分13bは、nカソード層13におけるn+カソード層12上に配置された部分13
aに接続されている。
Further, as shown in FIG. 20B, the
connected to a.
そして、隣り合う部分13b間の間隔D11及び隣り合う領域11b間の間隔D11を
、隣り合う部分17b間の間隔D16及び隣り合う領域17b間の間隔D16よりも大き
くする。本変形例における上記以外の構成は、前述した第2実施形態と同様である。
Then, the interval D11 between the
次に、本変形例に係る半導体装置の動作について説明する。
本変形例において、pアノード層17における部分17aの正孔は、水平方向、すなわ
ち、アノード電極16の板面に平行な方向において、放射状にあらゆる方向の成分をもっ
て移動する。そして、部分17bに到達した正孔は、部分17bを通ってアノード電極1
6に流れ込む。
Next, the operation of the semiconductor device according to this modification will be described.
In this modification, the holes in the
Flows into 6.
また、nカソード層13における部分13aの正孔は、水平方向、すなわち、カソード
電極11の板面に平行な方向において、放射状にあらゆる方向の成分をもって移動する。
そして、接触部分13bに到達した正孔は、部分13bを通ってカソード電極11に流れ
込む。
Further, the holes in the
Then, the holes that have reached the
間隔D11を、間隔D16よりも大きくしている。よって、部分13aにおける電流経
路を、部分17aにおける電流経路よりも大きくする。また、面積Snを面積Spよりも
大きくする。これにより、カソード電極11側の電子の注入量を、アノード電極16側の
正孔の注入量より大きくする。本変形例における上記以外の動作及び効果は、前述した第
2実施形態と同様である。
The interval D11 is larger than the interval D16. Therefore, the current path in the
なお、上記第1変形例と第2変形例を組み合わせることも可能である。すなわち、たと
えば、p+アノード層95が、上方から見て円形状であり、カソード電極11におけるn
カソード層13と接触した領域11bを円形状とするなどである。この場合にも、間隔D
11を直径2×R11より大きくすればよい。また、面積Snを面積Spよりも大きくす
ればよい。
It is also possible to combine the first modification and the second modification. That is, for example, the p + anode layer 95 is circular when viewed from above, and n in the
For example, the
11 may be larger than the
(第2実施形態の第3変形例)
次に、第2実施形態の第3変形例について説明する。
(Third Modification of Second Embodiment)
Next, a third modification of the second embodiment will be described.
図21は、第2実施形態の第3変形例に係る半導体装置を例示する断面模式図である。 FIG. 21 is a schematic cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to a third modification of the second embodiment.
図21に示すように、本変形例においては、カソード電極11上における各n+カソー
ド層12間にp+吸出層96(第6半導体層:p+カソード層96とも表記される。)が
形成されている。AA’線によるカソード電極11を除いた下方から見た平面形状は、第
2実施形態、第2実施形態の第1変形例、第2実施形態の第2変形例と同様に、ストライ
プ形状、水玉形状のいずれでもよい。ストライプ形状及び水玉形状は、p+吸出層96の
下面を含んでいる。ストライプ形状及び水玉形状は、p+吸出層96の下面の他、nカソ
ード層13におけるカソード電極11に接触した部分の下面を含んでいてもよい。
As shown in FIG. 21, in this modification, a p + absorption layer 96 (sixth semiconductor layer: also expressed as p + cathode layer 96) is formed between each n + cathode layer 12 on the
p+吸出層96の厚さは、例えば、5マイクロメートル(μm)以下である。p+吸出
層96は、半導体、例えば、シリコンを含んでいる。p+吸出層96には、アクセプター
となる不純物、例えば、ボロンが含有されている。p+吸出層96の導電形は、p形であ
る。p+吸出層96のカソード電極11に接した部分におけるボロンの表面濃度は、例え
ば、3×1017cm−3以上である。カソード電極11とp+吸出層96とは、オーミ
ック接触となっている。
The thickness of the p + sucking layer 96 is, for example, 5 micrometers (μm) or less. The p + absorption layer 96 includes a semiconductor, for example, silicon. The p + absorption layer 96 contains an impurity serving as an acceptor, for example, boron. The conductivity type of the p + absorbing layer 96 is p-type. The surface concentration of boron in the portion in contact with the
n+カソード層12及びp+吸出層96上には、nカソード層98が設けられている。
nカソード層98は、半導体、例えば、シリコンを含んでいる。nカソード層98には、
ドナーとなる不純物、例えば、リンが含有されている。nカソード層13の導電形は、n
形である。nカソード層13における実効的な不純物濃度は、n+カソード層12におけ
る実効的な不純物濃度よりも低い。nカソード層98のカソード電極11に接した部分に
おけるリンの表面濃度は、例えば、3×1017cm−3以下である。
An
The
Impurities serving as donors, such as phosphorus, are contained. The conductivity type of the
It is a shape. The effective impurity concentration in the
次に、本変形例に係る半導体装置の動作及び効果について説明する。
本変形例のp+吸出層96は、p+アノード層15から注入された正孔に対して障壁と
はならず正孔を排出する働きがある。これにより第1実施形態で説明したように正孔は、
nベース層14、nカソード層13及びp+吸出層96を経由してカソード電極11に流
れ込み、電子の注入量を抑制することができる。よって、第2実施形態と組み合わせて同
様な寸法を取ることにより同様な効果を得ることができる。
Next, operations and effects of the semiconductor device according to this modification will be described.
The p + sucking layer 96 of this modification does not serve as a barrier to holes injected from the p + anode layer 15 and functions to discharge holes. As a result, as described in the first embodiment, holes are
It can flow into the
(第3実施形態)
カソード側のキャリア注入を調整する構造については、上述した構造に限らない。
(Third embodiment)
The structure for adjusting the carrier injection on the cathode side is not limited to the structure described above.
図22は、第3実施形態に係る半導体装置を例示する模式図であり、図22は断面模式
図であり、図22(b)は図22(a)のBB’線の位置での平面模式図である。
22 is a schematic view illustrating a semiconductor device according to the third embodiment, FIG. 22 is a schematic cross-sectional view, and FIG. 22 (b) is a schematic plan view at the position of the line BB ′ in FIG. 22 (a). FIG.
第3実施形態に係る半導体装置3aは、上述した半導体装置1(図1)の構成に加えて
、さらに、p+カソード層25(第7半導体層)を備える。p+カソード層25は、カソ
ード電極11の上に設けられている。p+カソード層25は、カソード電極11にオーミ
ック接触されている。p+カソード層25は、n+カソード層12に接している。
The
nカソード層13は、カソード電極11の上、p+カソード層25の上、及びn+カソ
ード層12の上に設けられている。nカソード層13は、カソード電極11、p+カソー
ド層25、及びn+カソード層12に接している。p+カソード層25の実効的な不純物
濃度は、p+アノード層15の実効的な不純物濃度よりも高い。
The
p+カソード層25の厚さは、例えば、5マイクロメートル(μm)以下である。p+
カソード層25は、半導体、例えば、シリコンを含んでいる。p+カソード層25には、
アクセプターとなる不純物、例えば、ボロンが含有されている。p+カソード層25の導
電形は、p形である。p+カソード層25のカソード電極11に接した部分におけるボロ
ンの表面濃度は、例えば、3×1017cm−3以上である。半導体装置3aにおいて、
n+カソード層12の幅はWnで定義され、p+カソード層25の幅は、Wp+で定義さ
れる。
The thickness of the p + cathode layer 25 is, for example, 5 micrometers (μm) or less. p +
The
Impurities that serve as acceptors, such as boron, are contained. The conductivity type of the p + cathode layer 25 is p-type. The surface concentration of boron in the portion in contact with the
The width of the n + cathode layer 12 is defined by Wn, and the width of the p + cathode layer 25 is defined by Wp + .
次に、第3実施形態に係る半導体装置3aの動作について説明する。
図23は、第3実施形態に係る半導体装置における動作を例示する断面模式図である。
Next, the operation of the
FIG. 23 is a schematic cross-sectional view illustrating the operation of the semiconductor device according to the third embodiment.
図23(a)には、アノード電極とカソード電極との間に順バイアスを印加した時の動
作が例示され、図23(b)には、アノード電極とカソード電極との間に順バイアスを印
加した直後(リカバリー時)の動作が例示されている。
FIG. 23A illustrates the operation when a forward bias is applied between the anode electrode and the cathode electrode. FIG. 23B illustrates the operation when a forward bias is applied between the anode electrode and the cathode electrode. The operation immediately after (at the time of recovery) is illustrated.
図23(a)に表されるように、順バイアス時には、正孔がp+アノード層15からn
ベース層14に注入される。この後、正孔は、nベース層14及びnカソード層13を経
由してカソード電極11に流れ込み、正孔電流19を形成する。すなわち、正孔にとって
は、カソード電極11とnカソード層13とのショットキー接触は、エネルギー障壁とは
ならない(図4(a)参照)。
As shown in FIG. 23A, at the time of forward bias, holes are transferred from the p + anode layer 15 to n.
Implanted into the
また、半導体装置3aには、p+カソード層25が設けられている。p+カソード層2
5は、p+アノード層15から注入された正孔に対して障壁とならない。すなわち、正孔
は、nベース層14、nカソード層13及びp+カソード層25を経由して、カソード電
極11に流れる。
Further, the p + cathode layer 25 is provided in the
5 does not serve as a barrier against holes injected from the p + anode layer 15. That is, holes flow to the
しかし、正孔13hにとって、nカソード層13とn+カソード層12との接合部分は
エネルギー障壁となる(図4(b)参照)。したがって、正孔13hは、n+カソード層
12に流れ込み難くなる。よって、nカソード層13に流れた正孔は、n+カソード層1
2の上を、横方向、すなわち、カソード電極11の板面に平行な面内において、一方向に
直交する他方向に移動する。
However, the junction between the
2 is moved in the lateral direction, that is, in another direction orthogonal to one direction in a plane parallel to the plate surface of the
nカソード層13における正孔の他方向への移動により、n+カソード層12の上に配
置された部分13aが、カソード電極11に接触した部分13b、すなわち、カソード電
極11に対して、正極になるようにバイアスされる。
Due to the movement of the holes in the
部分13aとカソード電極11との間に形成されたバイアスによって、n+カソード層
12上におけるnカソード層13とn+カソード層12との間のエネルギー障壁は低くな
る。これにより、n+カソード層12からnカソード層13に電子が注入される。nカソ
ード層13に注入された電子は、電子電流18を形成する。
The bias formed between the
半導体装置3aにおいては、nカソード層13が設けられているので、順バイアス印加
時には、n+カソード層12からの電子の注入量が低減する。よって、順バイアスを印加
した場合のキャリア分布20は、上述した比較例に係る半導体装置のキャリア分布120
よりも低濃度側に位置する。このようにして、オン時には、キャリアの注入量が抑制され
る。
In the
It is located on the lower concentration side. In this way, the carrier injection amount is suppressed at the time of turning on.
一方、逆バイアス印加時(リカバリー時)には、図23(b)に表されるように、nベ
ース層14に存在する正孔は、アノード電極16の側に移動し、nベース層14に存在す
る電子はカソード電極11の側に移動する。
On the other hand, when a reverse bias is applied (at the time of recovery), as shown in FIG. 23B, the holes present in the
リカバリー直後においては、電子にとって、nカソード層13とp+カソード層25と
のpn接合はエネルギー障壁になる。したがって、電子13eは、p+カソード層25に
流れ込み難くなる。
Immediately after recovery, the pn junction between the
しかし、電子にとって、nカソード層13とn+カソード層12との接合部分はエネル
ギー障壁にならない。従って、nカソード層13に流れた電子13eは、p+カソード層
25の上を、横方向、すなわち、カソード電極11の板面に平行な面内において、一方向
に直交する他方向に移動する。
However, the junction between the
その後、電子13eは、n+カソード層12を経由してカソード電極11に流れる。そ
して、nカソード層13における電子の他方向への移動により、p+カソード層25の上
に配置された部分13cが、n+カソード層12に接触した部分13aに対して、負極に
なるようにバイアスされる。n+カソード層12とカソード電極11とはオーミック接触
をしているので、結局のところ、部分13cは、カソード電極11に対して、負極になる
ようにバイアスされる。
Thereafter, the
これにより、部分13cとカソード電極11との間に形成されたバイアスによって、p
+カソード層25の上における部分13cとp+カソード層25との間のエネルギー障壁
は低くなる。その結果、p+カソード層25からnカソード層13に正孔、すなわちキャ
リアが再注入される。このようにして、半導体装置3aでは、オフ時にもキャリアの注入
量が調整される。
As a result, the bias formed between the
The energy barrier between the
部分13cとp+カソード層25との間のエネルギー障壁を低くすることにより、p+
カソード層25からnカソード層13にキャリアを再注入するには、Wp+が所定の長さ
以上である必要がある。例えば、Wp+としては、10μm以上であることが好ましく、
さらに、30μm以上であることがより好ましい。
By reducing the energy barrier between the
In order to reinject carriers from the
Further, it is more preferably 30 μm or more.
この後、nベース層14におけるキャリア分布20(図6参照)は、カソード電極11
側に後退する。さらに、p+アノード層15とnベース層14との界面を起点にして、空
乏層がnベース層14に拡がる。その結果、半導体装置3aにおけるアノード電極16及
びカソード電極11間の導通は遮断される。
Thereafter, the carrier distribution 20 (see FIG. 6) in the
Retreat to the side. Furthermore, the depletion layer extends to the
このような構造によれば、リカバリー時のキャリアの再注入によって、過渡期のnベー
ス層14のカソード電極11側に、より確実にキャリアを残留させることができる。これ
により、例えば、リカバリー期間43の終期に、電流の向きが小刻みに変化する電流振動
が発生し難くなる。その結果、ノイズの発生がより抑制される。
According to such a structure, carriers can be more reliably left on the
なお、上記の第3実施形態と上述した第2実施形態の第3変形例の相違点は、第3実施
形態のカソード側の構造においては、nカソード層13、n+カソード層12、p+カソ
ード層25がカソード電極11に接しており、第2実施形態の第3変形例の構造において
は、n+カソード層12、p+吸出層96のみがカソード電極11に接している点である
。このように、nカソード層13を備えることにより、n+カソード層12の幅とp+カ
ソード層25の幅を素子ピッチに関係なく独立に設計できることが有効な点であり、より
高速化と低電流におけるノイズ発生抑制に効果がある。
The difference between the third embodiment described above and the third modification of the second embodiment described above is that in the structure of the cathode side of the third embodiment, the
(第3実施形態の第1変形例)
図24は、第3実施形態の第1変形例に係る半導体装置を例示する模式図であり、24
図(a)は断面模式図であり、図24(b)は図24(a)のBB’線の位置での平面模
式図である。
(First Modification of Third Embodiment)
FIG. 24 is a schematic view illustrating a semiconductor device according to a first modification of the third embodiment.
FIG. 24A is a schematic sectional view, and FIG. 24B is a schematic plan view at the position of the BB ′ line in FIG.
第3実施形態の第1変形例に係る半導体装置3bは、上述した半導体装置1(図1)の
構成に加えて、さらに、p+カソード層25を備える。p+カソード層25は、カソード
電極11の上に設けられている。p+カソード層25は、カソード電極11にオーミック
接触されている。第1変形例では、n+カソード層12とp+カソード層25とが接して
いない。すなわち、n+カソード層12とp+カソード層25とは、それぞれが離間して
設けられている。換言すれば、nカソード層13の部分13bは、n+カソード層12と
p+カソード層25とに挟まれている。
The
nカソード層13は、カソード電極11の上、p+カソード層25の上、及びn+カソ
ード層12の上に設けられている。p+カソード層25の実効的な不純物濃度は、p+ア
ノード層15の実効的な不純物濃度よりも高い。
The
半導体装置3bのリカバリー時の動作について説明する。
図25は、第3実施形態の第1変形例に係る半導体装置における動作を例示する断面模
式図である。
The operation at the time of recovery of the
FIG. 25 is a schematic cross-sectional view illustrating the operation of the semiconductor device according to the first variation of the third embodiment.
図25(a)に表されるように、逆バイアス印加時(リカバリー時)には、nベース層
14に存在する正孔は、アノード電極16の側に移動し、nベース層14に存在する電子
はカソード電極11の側に移動する。
As shown in FIG. 25A, when a reverse bias is applied (at the time of recovery), holes present in the
リカバリー直後においては、電子にとって、nカソード層13とp+カソード層25と
のpn接合はエネルギー障壁になる。したがって、電子13eは、p+カソード層25に
流れ込み難くなる。さらに、nカソード層13からカソード電極11に向かう電子にとっ
ては、カソード電極11とnカソード層13とのショットキー接触は、エネルギー障壁に
なる(図4(a)参照)。
Immediately after recovery, the pn junction between the
しかし、電子にとって、nカソード層13とn+カソード層12との接合部分はエネル
ギー障壁にならない。従って、nカソード層13に流れた電子13eは、p+カソード層
25の上を、横方向、すなわち、カソード電極11の板面に平行な面内において、一方向
に直交する他方向に移動する。
However, the junction between the
その後、電子13eは、n+カソード層12を経由してカソード電極11に流れる。そ
して、nカソード層13における電子の他方向への移動により、p+カソード層25の上
に配置された部分13cが、n+カソード層12に接触した部分13aに対して、負極に
なるようにバイアスされる。n+カソード層12とカソード電極11とはオーミック接触
をしているので、結局のところ、部分13cは、カソード電極11に対して、負極になる
ようにバイアスされる。
Thereafter, the
これにより、部分13cとカソード電極11との間に形成されたバイアスによって、p
+カソード層25の上における部分13cとp+カソード層25との間のエネルギー障壁
は低くなる。その結果、p+カソード層25からnカソード層13に正孔、すなわちキャ
リアが再注入される。このようにして、第1変形例においても、オフ時にキャリアの注入
量が調整される。
As a result, the bias formed between the
The energy barrier between the
ただし、カソード電極11とnカソード層13とがショットキー接触をしている場合、
電子13eが部分13bを経由してカソード電極11に流れ難くなる。従って、p+カソ
ード層25の実質的な幅がp+カソード層25の幅Wp+と部分13bの幅とを足し合わ
せた長さになる可能性がある。この場合、カソード側から過剰な量の正孔、すなわちキャ
リアが再注入される可能性がある。
However, when the
It becomes difficult for the
図25(b)には、カソード電極11とnカソード層13とがショットキー接触ではな
く、オーミック接触をしているときの動作が例示されている。
FIG. 25B illustrates an operation when the
この場合、リカバリー直後においては、電子にとって、nカソード層13とp+カソー
ド層25とのpn接合はエネルギー障壁になる。したがって、電子13eは、p+カソー
ド層25に流れ込み難くなる。
In this case, immediately after recovery, the pn junction between the
しかし、電子にとっては、カソード電極11とnカソード層13との接合部分は、オー
ミック接触によってエネルギー障壁にならない。従って、nカソード層13からカソード
電極11に向かう電子13eは、部分13bを経由してカソード電極11に流れることが
できる。
However, for electrons, the junction between the
従って、nカソード層13に流れた電子13eは、p+カソード層25の上を、横方向
、すなわち、カソード電極11の板面に平行な面内において、一方向に直交する他方向に
移動する。その後、電子13eは、部分13bを経由してカソード電極11に流れる。そ
して、nカソード層13における電子の他方向への移動により、p+カソード層25の上
に配置された部分13cが、n+カソード層12に接触した部分13aに対して、負極に
なるようにバイアスされる。n+カソード層12とカソード電極11とはオーミック接触
をしているので、結局のところ、部分13cは、カソード電極11に対して、負極になる
ようにバイアスされる。
Therefore, the
これにより、部分13cとカソード電極11との間に形成されたバイアスによって、p
+カソード層25の上における部分13cとp+カソード層25との間のエネルギー障壁
は低くなる。これにより、p+カソード層25からnカソード層13に正孔、すなわちキ
ャリアが再注入される。このようにして、第1変形例においても、オフ時にキャリアの注
入量が調整される。
As a result, the bias formed between the
The energy barrier between the
図25(b)の例では、カソード電極11とnカソード層13とをオーミック接触させ
ることにより、カソード側からの過剰な量の正孔、すなわち過剰なキャリアの再注入を抑
制することができる。
In the example of FIG. 25B, the
このように、第3実施形態の第1変形例によれば、キャリアの再注入によって、過渡期
のnベース層14のカソード電極11側に、より確実にキャリアを残留させることができ
る。これにより、例えば、リカバリー期間43の終期に、電流の向きが小刻みに変化する
電流振動が発生し難くなる。その結果、ノイズの発生がより抑制される。
As described above, according to the first modification of the third embodiment, carriers can be more reliably left on the
(第3実施形態の第2及び第3変形例)
図26は、第3実施形態の第2変形例および第3変形例に係る半導体装置を例示する模
式図であり、図26(a)は第2変形例の断面模式図であり、図26(b)は第3変形例
の断面模式図である。
(Second and third modifications of the third embodiment)
FIG. 26 is a schematic view illustrating a semiconductor device according to a second modification and a third modification of the third embodiment. FIG. 26A is a schematic cross-sectional view of the second modification, and FIG. b) is a schematic cross-sectional view of a third modification.
図26(a)に例示される第3実施形態の第2変形例に係る半導体装置3cは、第2実
施形態に係る半導体装置2と、第3実施形態に係る半導体装置3aと、を複合させた半導
体装置である。
A semiconductor device 3c according to the second modification of the third embodiment illustrated in FIG. 26A is a combination of the
このような構造によれば、半導体装置2で得られた作用効果に加え、さらに半導体装置
3aで得られた作用効果が奏される。すなわち、幅Wn>幅Wpとすることにより、カソ
ード電極11側の電子の注入量を、アノード電極16側の正孔の注入量より大きくするこ
とができる。これにより、カソード電極11側の定常状態におけるキャリアの蓄積量を、
アノード電極16側の定常状態におけるキャリアの蓄積量よりも大きくすることができる
。その結果、過渡期のnベース層14のカソード電極11側に、キャリアを残留させる。
According to such a structure, in addition to the operational effect obtained with the
The amount of accumulated carriers in the steady state on the
さらに、リカバリー時には、キャリアの再注入によって、過渡期のnベース層14のカ
ソード電極11側に、確実にキャリアを残留させることができる。これにより、リカバリ
ー期間43の終期に、電流振動が発生し難くなる。その結果、ノイズの発生がより抑制さ
れる。
Further, at the time of recovery, carriers can be reliably left on the
図26(b)に例示される第3実施形態の第3変形例に係る半導体装置3dは、第2実
施形態に係る半導体装置2と、第3実施形態の第1変形例に係る半導体装置3bと、を複
合させた半導体装置である。
The
このような構造によれば、半導体装置2で得られた作用効果に加え、さらに半導体装置
3bで得られた作用効果が奏される。すなわち、幅Wn>幅Wpとすることにより、カソ
ード電極11側の電子の注入量を、アノード電極16側の正孔の注入量より大きくするこ
とができる。これにより、カソード電極11側の定常状態におけるキャリアの蓄積量を、
アノード電極16側の定常状態におけるキャリアの蓄積量よりも大きくすることができる
。その結果、過渡期のnベース層14のカソード電極11側に、キャリアを残留させる。
According to such a structure, in addition to the function and effect obtained by the
The amount of accumulated carriers in the steady state on the
さらに、リカバリー時には、キャリアの再注入によって、過渡期のnベース層14のカ
ソード電極11側に、確実にキャリアを残留させることができる。これにより、リカバリ
ー期間43の終期に、電流振動が発生し難くなる。その結果、ノイズの発生がより抑制さ
れる。
Further, at the time of recovery, carriers can be reliably left on the
図27は、第3実施形態に係る半導体装置のスイッチング電流および電圧を例示するグ
ラフ図である。
図27には、一例として、半導体装置3cのスイッチング電流および電圧が例示されて
いる。
FIG. 27 is a graph illustrating the switching current and voltage of the semiconductor device according to the third embodiment.
FIG. 27 illustrates the switching current and voltage of the semiconductor device 3c as an example.
また、図27(a)には、Wnが30μmであり、Wp+が20μmであるときのスイ
ッチング電流および電圧が例示されている。図27(b)には、Wnが45μmであり、
Wp+が30μmであるときのスイッチング電流および電圧の特性が例示されている。W
n>Wpである。
FIG. 27A illustrates the switching current and voltage when Wn is 30 μm and Wp + is 20 μm. In FIG. 27B, Wn is 45 μm,
The characteristics of switching current and voltage when Wp + is 30 μm are illustrated. W
n> Wp.
図27に表されるごとく、リカバリー期間43およびテイル時間44において、電流振
動または電圧振動は発生しなかった。また、他の半導体装置3a、3b、3dについても
同様の傾向を示した。
As shown in FIG. 27, no current oscillation or voltage oscillation occurred in the
(第4実施形態)
また、リカバリー時にカソード側からキャリアを再注入してノイズを低減させる構造に
ついては、図22、図24、および図26(a)、(b)の構造に限らない。
(Fourth embodiment)
Further, the structure for reducing noise by reinjecting carriers from the cathode side during recovery is not limited to the structure shown in FIGS. 22, 24, 26 (a), and (b).
図28(a)は、第4実施形態の第1例に係る半導体装置を例示する断面模式図であり
、図28(b)は、第4実施形態の第2例に係る半導体装置を例示する断面模式図である
。
FIG. 28A is a schematic cross-sectional view illustrating the semiconductor device according to the first example of the fourth embodiment, and FIG. 28B illustrates the semiconductor device according to the second example of the fourth embodiment. It is a cross-sectional schematic diagram.
例えば、図28(a)に表される半導体装置4aには、カソード電極11とnカソード
層98との間に、複数のp+カソード層96(p+カソード層96a、96b)が設けら
れている。p+カソード層96は、例えば、シリコン等の半導体を含む。p+カソード層
96には、アクセプターとなる不純物(例えば、ボロン)が含有されている。p+カソー
ド層96のカソード電極11に接した部分におけるボロンの表面濃度は、例えば、3×1
017cm−3以上である。p+カソード層96は、カソード電極11にオーミック接触
している。
For example, in the
It is 0 17 cm −3 or more. The p + cathode layer 96 is in ohmic contact with the
p+カソード層96は、例えば、幅の異なる2種のp+カソード層を含んでいる。例え
ば、p+カソード層96は、p+カソード層96が延びる方向(図のX方向)と交差する
方向(図のY方向)において、幅Wpa(第1幅)を有する一群のp+カソード層96a
と、Y方向において幅Wpb(第2幅)を有する別の一群のp+カソード層96bと、を
有している。幅Wpaは、幅Wpbよりも広くなっている。
The p + cathode layer 96 includes, for example, two types of p + cathode layers having different widths. For example, the p + cathode layer 96 is a group of p + cathode layers having a width Wpa (first width) in a direction (Y direction in the figure) that intersects the direction (X direction in the figure) in which the p + cathode layer 96 extends. 96a
And another group of p + cathode layers 96b having a width Wpb (second width) in the Y direction. The width Wpa is wider than the width Wpb.
ここで、幅Wpaは、リカバリー時にカソード側からキャリア(正孔)が再注入される
程度に調整され、幅Wpbは、リカバリー時にカソード側からキャリア(正孔)が再注入
されない程度に調整されている。幅Wpaは、例えば、10μm以上であり、より好まし
くは30μm以上である。また、幅Wpbは、例えば、10μmより小さい。
Here, the width Wpa is adjusted so that carriers (holes) are reinjected from the cathode side during recovery, and the width Wpb is adjusted so that carriers (holes) are not reinjected from the cathode side during recovery. Yes. The width Wpa is, for example, 10 μm or more, and more preferably 30 μm or more. Further, the width Wpb is smaller than 10 μm, for example.
このような構造によれば、リカバリー時にはp+カソード層96aによってキャリアが
再注入されて、過渡期のnベース層14のカソード電極11側に、確実にキャリアを残留
させることができる。これにより、例えば、リカバリー期間43の終期に、電流の向きが
小刻みに変化する電流振動が発生し難くなる。その結果、ノイズの発生がより抑制される
。
According to such a structure, carriers are reinjected by the p + cathode layer 96a at the time of recovery, and the carriers can be reliably left on the
一方、リカバリー時のキャリア再注入が過剰になると、リカバリー損失が増加してダイ
オード特性が悪化する場合もある。第4実施形態では、リカバリー時にキャリアが再注入
しないp+カソード層96bを設けることで、リカバリー時のキャリア再注入量を最適に
している。
On the other hand, if carrier reinjection is excessive during recovery, recovery loss may increase and diode characteristics may deteriorate. In the fourth embodiment, the carrier reinjection amount at the time of recovery is optimized by providing the p + cathode layer 96b in which carriers are not reinjected at the time of recovery.
また、p+カソード層96aとp+カソード層96bとは、それぞれが同じ不純物濃度
を有する。p+カソード層96aおよびp+カソード層96bのそれぞれは、イオン注入
によって同時に形成される。従って、図21の半導体装置2cのごとく、単独でp+カソ
ード層96を形成する場合と製造工程数は同じになる。つまり、p+カソード層96aの
ほかp+カソード層96bを形成したとしても、製造コストが上昇することもない。
Further, each of the p + cathode layer 96a and the p + cathode layer 96b has the same impurity concentration. Each of the p + cathode layer 96a and the p + cathode layer 96b is simultaneously formed by ion implantation. Accordingly, as in the
また、図28(b)に表す半導体装置4bのように、アノード側を半導体装置2(図1
2)と同様の構造にすることにより、導通時でのキャリア注入が抑制されて、より高速動
作が可能になる。
Further, like the
By adopting the same structure as in 2), carrier injection during conduction is suppressed, and higher speed operation becomes possible.
(第5実施形態)
また、リカバリー時にカソード側からキャリアを再注入してノイズを低減させる構造に
ついては、図28(a)、(b)の構造に限らない。
(Fifth embodiment)
Further, the structure for reducing noise by reinjecting carriers from the cathode side during recovery is not limited to the structure shown in FIGS.
図29は、第5実施形態の第1例に係る半導体装置を例示する断面模式図である。
図29に表す半導体装置5aは、p+カソード層96のほか、n+カソード層12に接
し、さらにカソード電極11とショットキー接触したp−カソード層97(第7半導体層
)をさらに備える。
FIG. 29 is a schematic cross-sectional view illustrating the semiconductor device according to the first example of the fifth embodiment.
In addition to the p + cathode layer 96, the
p−カソード層97は、例えば、シリコン等の半導体を含む。p−カソード層97には
、アクセプターとなる不純物(例えば、ボロン)が含有されている。p−カソード層97
における実効的な不純物濃度は、p+カソード層96における実効的な不純物濃度よりも
低い。p−カソード層97におけるボロンの表面濃度は、例えば、3×1017cm−3
以下である。
The p − cathode layer 97 includes, for example, a semiconductor such as silicon. The p − cathode layer 97 contains an impurity (for example, boron) serving as an acceptor. p - cathode layer 97
The effective impurity concentration at is lower than the effective impurity concentration at the p + cathode layer 96. The surface concentration of boron in the p − cathode layer 97 is, for example, 3 × 10 17 cm −3.
It is as follows.
ここで、p+カソード層96の不純物濃度は、リカバリー時にカソード側からキャリア
(正孔)が再注入される程度に調整され、p−カソード層97の不純物濃度は、リカバリ
ー時にカソード側からキャリア(正孔)が再注入されない程度に調整されている。
Here, the impurity concentration of the p + cathode layer 96 is adjusted to such an extent that carriers (holes) are reinjected from the cathode side during the recovery, and the impurity concentration of the p − cathode layer 97 is changed from the cathode side during the recovery. (Holes) are adjusted so as not to be reinjected.
このような構造によれば、リカバリー時にはp+カソード層96によってキャリアが再
注入されて、過渡期のnベース層14のカソード電極11側に、確実にキャリアを残留さ
せることができる。これにより、例えば、リカバリー期間43の終期に、電流振動または
電圧振動が発生し難くなる。その結果、ノイズの発生がより抑制される。
According to such a structure, carriers are reinjected by the p + cathode layer 96 at the time of recovery, and the carriers can reliably remain on the
一方、リカバリー時のキャリア再注入が過剰になると、リカバリー損失が増加してダイ
オード特性が悪化する場合もある。第4実施形態では、リカバリー時にキャリア(正孔)
が再注入しないp−カソード層97を設けることで、リカバリー時のキャリア再注入量を
最適にしている。
On the other hand, if carrier reinjection is excessive during recovery, recovery loss may increase and diode characteristics may deteriorate. In the fourth embodiment, carriers (holes) are used during recovery.
By providing the p − cathode layer 97 that does not reinject, the carrier reinjection amount at the time of recovery is optimized.
図30(a)は、第5実施形態の第2例に係る半導体装置を例示する断面模式図であり
、図30(b)は、第5実施形態の第3例に係る半導体装置を例示する断面模式図である
。
FIG. 30A is a schematic cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to a second example of the fifth embodiment, and FIG. 30B illustrates a semiconductor device according to the third example of the fifth embodiment. It is a cross-sectional schematic diagram.
図30(a)に表す半導体装置5bは、p+カソード層96が配置された第1配置領域
501と、p+カソード層97が配置された第2配置領域502と、を備える。半導体装
置5bでは、第1配置領域501における隣り合うp+アノード層95の間の距離d1は
、第2配置領域502における隣り合うp+アノード層95の間の距離d2よりも短くな
っている。
The
このような構造によれば、リカバリー時にp+カソード層96から注入された正孔が効
率よくp+アノード層95を通してアノード電極16に放出される。これは、距離d1<
距離d2であるために、p+カソード層96の上方のp+アノード層95の占有率がp−
カソード層97の上方のp+アノード層95の占有率よりも高くなっているためである。
これにより、半導体装置5bのリカバリー耐量はさらに向上する。
According to such a structure, holes injected from the p + cathode layer 96 at the time of recovery are efficiently emitted to the
For the distance d2, the occupancy of the upper p + anode layer 95 of p +
This is because the occupation rate of the p + anode layer 95 above the
Thereby, the recovery tolerance of the
さらに、図30(b)に表す半導体装置5cにおいては、第1配置領域501における
p+アノード層95の実効的な不純物濃度が第2配置領域502におけるp+アノード層
95の実効的な不純物濃度よりも高くなっている。つまり、半導体装置5cでは第1配置
領域501におけるp+アノード層95の実効的な不純物濃度を半導体装置5bよりもさ
らに高く設定し、p+アノード層95の正孔抵抗を下げている。
Further, in the
これにより、p+カソード層96から注入された正孔は、さらに効率よくp+アノード
層95を通してアノード電極16に放出される。その結果、半導体装置5cのリカバリー
耐量はさらに向上する。
As a result, holes injected from the p + cathode layer 96 are more efficiently emitted to the
図31は、第5実施形態の第4例に係る半導体装置を例示する斜視模式図である。 FIG. 31 is a schematic perspective view illustrating a semiconductor device according to a fourth example of the fifth embodiment.
図31に表す半導体装置5dは、第1配置領域501において、p+アノード層95a
(第8半導体層)をさらに備える。p+アノード層95aは、アノード電極16に接し、
アノード電極16に接する部分以外の少なくとも一部がp+アノード層95によって取り
囲まれている。例えば、p+アノード層95aの側部は、p+アノード層95によって取
り囲まれている。p+アノード層95aの実効的な不純物濃度は、p+アノード層95の
実効的な不純物濃度よりも高い。
The
(8th semiconductor layer) is further provided. The p + anode layer 95a is in contact with the
At least a part other than the part in contact with the
また、半導体装置5dは、第1配置領域502において、p++アノード層95bをさ
らに備える。p+アノード層95bは、アノード電極16に接し、アノード電極16に接
する部分以外の少なくとも一部がp+アノード層95によって取り囲まれている。p+ア
ノード層95bの実効的な不純物濃度は、p+アノード層95の実効的な不純物濃度より
も高い。
The
このような構造によれば、p+アノード層95a、95bのY方向における幅がより狭
くなり、オン時における正孔注入がより抑制される。これにより、半導体装置のスイッチ
ング動作がさらに高速になる。また、リカバリー時には、p+カソード層96から注入さ
れた正孔が効率よくp+アノード層95a、95bを通してアノード電極16に放出され
る。これにより、半導体装置5dのリカバリー耐量はさらに向上する。
According to such a structure, the width of the p + anode layers 95a and 95b in the Y direction becomes narrower, and hole injection at the time of ON is further suppressed. This further increases the switching speed of the semiconductor device. At the time of recovery, holes injected from the p + cathode layer 96 are efficiently emitted to the
さらに、第1配置領域501においては、p+アノード層95aが複数のp+層となっ
てX方向に分散されている。これにより、第1配置領域501におけるp+アノード層9
5の下側のバラスト抵抗が高まって、リカバリー時の正孔電流の局所集中が抑制される。
その結果、半導体装置5dのリカバリー耐量はさらに向上する。
Further, in the
The ballast resistance on the lower side of 5 increases, and local concentration of hole current during recovery is suppressed.
As a result, the recovery tolerance of the
(第6実施形態)
図32(a)は、第6実施形態に係る半導体装置を例示する断面模式図であり、図32
(b)は、第6実施形態の半導体装置の不純物濃度プロファイルを表すグラフである。
図32(b)には、図32(a)のX−X’断面およびY−Y’断面の位置における不
純物濃度プロファイルが表されている。
(Sixth embodiment)
FIG. 32A is a schematic cross-sectional view illustrating the semiconductor device according to the sixth embodiment.
(B) is a graph showing the impurity concentration profile of the semiconductor device of 6th Embodiment.
FIG. 32B shows an impurity concentration profile at the positions of the XX ′ cross section and the YY ′ cross section of FIG.
実施形態では、オン時においてカソード側からの電子注入を抑制するために、カソード
側に、n+カソード層12のほか、nカソード層13を設けている。
In the embodiment, an
ところが、参考例に係る不純物濃度プロファイル600のように、nカソード層13に
おける不純物濃度がカソード側からアノード側に向かい徐々に低くなっていると、ターン
オフ時に発生する空乏層が延び過ぎて、空乏層がカソード電極11にまで到達する。この
場合、いわゆるパンチスルーが起き、半導体装置の耐圧が劣化する。
However, as in the
これに対し、半導体装置6においては、nカソード層13における不純物濃度がカソー
ド側からアノード側に向かい一旦高くなり、その後、徐々に低くなっている。例えば、カ
ソード電極11からアノード電極16に向かう方向(Z方向)におけるnカソード層13
の不純物濃度プロファイルのピークは、n+カソード層12とnベース層14との間に位
置している。
On the other hand, in the semiconductor device 6, the impurity concentration in the
The peak of the impurity concentration profile is located between the n + cathode layer 12 and the
このような構造であれば、表面のショトキー接触は維持されたまま、ターンオフ時に発
生する空乏層の延びが抑制されて、空乏層がカソード電極11には届かなくなる。その結
果、半導体装置の耐圧が劣化することを防止できる。
With such a structure, while the Schottky contact on the surface is maintained, the extension of the depletion layer generated at the time of turn-off is suppressed, and the depletion layer does not reach the
(第7実施形態)
また、n+カソード層12およびp+アノード層95のそれぞれは、それぞれが延在す
る方向が交差してもよい。
(Seventh embodiment)
In addition, each of the n + cathode layer 12 and the p + anode layer 95 may intersect in the extending direction.
図33(a)は、第7実施形態の第1例に係る半導体装置を例示する斜視模式図であり
、図33(b)は、第7実施形態の第2例に係る半導体装置を例示する斜視模式図である
。
FIG. 33A is a schematic perspective view illustrating the semiconductor device according to the first example of the seventh embodiment, and FIG. 33B illustrates the semiconductor device according to the second example of the seventh embodiment. It is a perspective schematic diagram.
例えば、図33(a)に表す半導体装置7aにおいては、n+カソード層12が延在す
る方向とp+アノード層95が延在する方向とが交差している。例えば、n+カソード層
12は、Y方向に延在し、p+アノード層95は、Y方向に直交するX方向に延在してい
る。幅Wnは、幅Wpよりも大きい。
For example, in the
さらに、n+カソード層12およびp+アノード層95のそれぞれは、それぞれが延在
する方向において分割されてもよい。
Further, each of the n + cathode layer 12 and the p + anode layer 95 may be divided in the extending direction.
例えば、図33(b)に表す半導体装置7bにおいては、Y方向に延在するn+カソー
ド層12の所々が途切れている。また、X方向に延在するp+アノード層95の所々が途
切れている。
For example, in the
このような構造であっても、カソード側のnカソード層13の存在、アノード側のpア
ノード層17の存在により、オン時における電子注入量及び正孔注入量を抑制することが
できる。その結果、スイッチング動作がより高速になる。
Even with such a structure, the presence of the n-
(第8実施形態)
また、pアノード層17とnベース層14との接合部は平坦である必要はなく、その接
合部の一部がカソード側に突出してもよい。ここで、pアノード層17とnベース層14
との接合部とは、pアノード層17からnベース層14の方向にpアノード層17とnベ
ース層14とを切断したときに、半導体の導電性がp形からn形に切り替わる箇所をいう
。
(Eighth embodiment)
Further, the junction between the
The junction between the semiconductor and the
図34は、第8実施形態に係る半導体装置を例示する断面模式図である。
例えば、図34に表す半導体装置8においては、pアノード層17がpアノード層17
cとpアノード層17dとを有している。p+アノード層95とn+カソード層12との
位置関係、幅Wn、および幅Wpは、例えば、半導体装置2と同じである。
FIG. 34 is a schematic cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to the eighth embodiment.
For example, in the
c and
半導体装置8では、pアノード層17cとnベース層14との接合部Aは平坦になって
いるものの、接合部Bはカソード側に突出している。すなわち、接合部Bの少なくとも一
部が屈曲している。
In the
このような構造であれば、仮にリカバリー時にアバランシェ電流が発生したときには、
このアバランシェ電流がpアノード層17dに集中し易くなる。これは、接合部Bの少な
くとも一部が屈曲しているからである。そして、アバランシェ電流はpアノード層17d
内に設けられたp+アノード層95を経由してアノード電極16に効率よく放出される。
その結果、半導体装置8のリカバリー耐量はさらに向上する。
With this structure, if an avalanche current is generated during recovery,
This avalanche current is easily concentrated on the
It is efficiently emitted to the
As a result, the recovery tolerance of the
(第9実施形態)
図35は、第9実施形態に係る半導体装置の模式的平面図である。
(Ninth embodiment)
FIG. 35 is a schematic plan view of the semiconductor device according to the ninth embodiment.
図35には、半導体装置2、2a、2b、2c、3c、3d、4b、5a、5b、5c
、5d、7a、7b、8のいずれかを含む半導体チップ900の模式的平面が表されてい
る。
FIG. 35 shows
A schematic plane of the
半導体チップ900は、活性領域901と、活性領域901を取り囲む周辺領域902
と、を備える。ここで、活性領域901とは、半導体装置が素子(ダイオード)として機
能することが可能な領域である。
The
And comprising. Here, the
活性領域901における全てのn+カソード層12がカソード電極11に接する全接触
面積Sn1(cm2)は、活性領域901における全てのp+アノード層95がアノード
電極16に接する全接触面積Sp1(cm2)よりも大きい(Sn1>Sp1)。
The total contact area Sn1 (cm 2 ) where all n + cathode layers 12 in the
また、活性領域901の単位面積におけるn+カソード層12がカソード電極11に接
する全接触面積Sn2(cm2)は、該単位面積におけるp+アノード層95がアノード
電極16に接する全接触面積Sp2(cm2)よりも大きい(Sn2>Sp2)。
Further, the total contact area Sn2 (cm 2 ) in which the n + cathode layer 12 in contact with the
また、活性領域901における全てのn+カソード層12の占有率Pn1(%)は、活
性領域901における全てのp+アノード層95の占有率Pp1(%)よりも大きい(P
n1>Pp1)。ここで、ある領域Aにおける部位Bの占有率とは、領域Aにおける全て
の部位Bが領域Aにおいて占める面積を領域Aの面積で除算した値を百分率で表したもの
である。
Further, the occupation ratio Pn1 (%) of all the n + cathode layers 12 in the
n1> Pp1). Here, the occupation ratio of the part B in a certain area A is a percentage obtained by dividing the area occupied by all the parts B in the area A in the area A by the area of the area A.
また、活性領域901の単位面積におけるn+カソード層12の占有率Pn2(%)は
、該単位面積におけるp+アノード層95の占有率Pp2(%)よりも大きい(Pn2>
Pp2)。
In addition, the occupation rate Pn2 (%) of the n + cathode layer 12 in the unit area of the
Pp2).
また、活性領域901内から任意の領域903を選択する。任意の領域903とは、活
性領域901内から無作為に選択された、例えば、100μm角の領域である。領域90
3には、本実施形態の半導体装置が配置されている。
Further, an
3, the semiconductor device of this embodiment is disposed.
領域903における全てのn+カソード層12がカソード電極11に接する全接触面積
Sn’1(cm2)は、領域903における全てのp+アノード層95がアノード電極1
6に接する全接触面積Sp’1(cm2)よりも大きい(Sn’1>Sp’1)。
The total contact area Sn′1 (cm 2 ) in which all the n + cathode layers 12 in the
6 is larger than the total contact area Sp′1 (cm 2 ) in contact with 6 (Sn′1> Sp′1).
また、領域903における全てのn+カソード層12の占有率Pn’1(%)は、領域
903における全てのp+アノード層95の占有率Pp’1(%)よりも大きい(Pn’
1>Pp’1)。
In addition, the occupation ratio Pn′1 (%) of all the n + cathode layers 12 in the
1> Pp′1).
なお、Pp1、Pp2、およびPp’1のそれぞれは、20%以下であり、好ましくは
10%以下になっている。また、Pn1、Pn2、およびPn’1のそれぞれは、20%
より大きい。
In addition, each of Pp1, Pp2, and Pp′1 is 20% or less, and preferably 10% or less. Each of Pn1, Pn2, and Pn′1 is 20%
Greater than.
(第10実施形態)
次に、第10実施形態に係る半導体装置について説明する。本実施形態は、pinダイ
オード構造を内部に含むMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Trans
istor:金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)に関するものである。MOSFETに
おいても上述したダイオードの構造、各部位の寸法を適用することができる。
(10th Embodiment)
Next, a semiconductor device according to a tenth embodiment will be described. In the present embodiment, a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Trans) including a pin diode structure is provided.
istor: metal oxide semiconductor field effect transistor). The above-described diode structure and dimensions of each part can also be applied to the MOSFET.
図36は、第10実施形態に係る半導体装置を例示する断面模式図である。
図37(a)は、第10実施形態に係る半導体装置において、図36に示すAA’線に
よるゲート電極、ソース電極及び絶縁膜を除いた平面模式図であり、図37(b)は、図
36に示すBB’線によるドレイン電極31を除いた平面模式図である。
FIG. 36 is a schematic cross-sectional view illustrating the semiconductor device according to the tenth embodiment.
FIG. 37A is a schematic plan view of the semiconductor device according to the tenth embodiment, excluding the gate electrode, the source electrode, and the insulating film along the line AA ′ shown in FIG. 36, and FIG. 36 is a schematic plan view excluding the
図36、図37(a)及び図37(b)に示すように、半導体装置9には、ドレイン電
極31、n+ドレイン層32(第1ドレイン層)、nドレイン層33(第2ドレイン層)
、nベース層34(第1ベース層)、pベース層35(第2ベース層)、nソース層37
、ソース電極36、ゲート電極38及び絶縁膜39が設けられている。半導体装置9は、
例えば、上下電極構造のMOSFETである。つまり、n+ドレイン層32(第1ドレイ
ン層)、nドレイン層33(第2ドレイン層)、nベース層34(第1ベース層)、pベ
ース層35(第2ベース層)、nソース層37、ソース電極36、ゲート電極38及び絶
縁膜39は、ドレイン電極31とソース電極36との間に設けられている。
As shown in FIGS. 36, 37A, and 37B, the
, N base layer 34 (first base layer), p base layer 35 (second base layer),
A
For example, a MOSFET having an upper and lower electrode structure. That is, n + drain layer 32 (first drain layer), n drain layer 33 (second drain layer), n base layer 34 (first base layer), p base layer 35 (second base layer),
ドレイン電極31は、金属、例えば、アルミニウムを含んでいる。ドレイン電極31の
形状は、例えば板状である。ドレイン電極31上、例えば、ドレイン電極31の板面上に
は、複数のn+ドレイン層32が、相互に離隔して配置されている。
The
n+ドレイン層32は、例えば、ドレイン電極31上において、一方向に延びた直方体
の形状とされている。ドレイン電極31における各n+ドレイン層32に接触した領域3
1aも一方向に延びている。各n+ドレイン層32の幅Wn及び各領域31aの幅Wnは
、例えば、100マイクロメートル(μm)以下である。各n+ドレイン層32の厚さは
、例えば、5マイクロメートル(μm)以下である。
For example, the n + drain layer 32 has a rectangular parallelepiped shape extending in one direction on the
1a also extends in one direction. The width Wn of each n + drain layer 32 and the width Wn of each
各n+ドレイン層32及び各領域31aの間隔は、例えば、50マイクロメートル(μ
m)以下である。n+ドレイン層32は、半導体、例えば、シリコンを含んでいる。n+
ドレイン層32には、ドナーとなる不純物、例えば、リンが含有されている。n+ドレイ
ン層32の導電形は、n形(第1導電形)である。n+ドレイン層32における実効的な
不純物の濃度は、3×1017cm−3よりも高く、例えば、1×1019cm−3以上
である。ドレイン電極31は、アルミニウムを含み、n+ドレイン層32における実効的
な不純物濃度は、3×1017cm−3よりも高いので、ドレイン電極31とn+ドレイ
ン層32とはオーミック接触となっている。
The interval between each n + drain layer 32 and each
m) or less. The n + drain layer 32 includes a semiconductor, for example, silicon. n +
The
nドレイン層33は、n+ドレイン層32及びドレイン電極31上に配置されている。
したがって、nドレイン層33は、n+ドレイン層32上に配置された部分33aと、ド
レイン電極31に接した部分33bとを含んでいる。nドレイン層33におけるドレイン
電極31に接触した部分33bの厚さは、数〜数10マイクロメートル(μm)、例えば
、1〜20マイクロメートル(μm)、または0.5〜20μmである。
The
Therefore, the
nドレイン層33は、半導体、例えば、シリコンを含んでいる。nドレイン層33には
、ドナーとなる不純物、例えば、リンが含有されている。nドレイン層33の導電形は、
n形である。nドレイン層33における実効的な表面の不純物濃度は、n+ドレイン層3
2における実効的な表面の不純物濃度よりも低い。nドレイン層33におけるリンの表面
濃度は、例えば、3×1017cm−3以下である。ドレイン電極31は、アルミニウム
を含み、nドレイン層33における実効的な表面の不純物濃度は、3×1017cm−3
以下であるので、ドレイン電極31とnドレイン層33とは、ショットキー接触となって
いる。
The
n-type. The effective surface impurity concentration in the
2 is lower than the effective surface impurity concentration. The surface concentration of phosphorus in the
Since it is below, the
nベース層34は、nドレイン層33上に配置されている。nベース層34の厚さは、
例えば、10〜500マイクロメートル(μm)であり、素子の耐圧に応じて設計される
。nベース層34は、半導体、例えば、シリコンを含んでいる。nベース層34には、ド
ナーとなる不純物、例えば、リンが含有されている。nベース層34の導電形は、n形で
ある。nベース層34における実効的な不純物濃度は、nドレイン層33における実効的
な不純物濃度よりも低い。
The
For example, it is 10-500 micrometers (micrometer), and is designed according to the proof pressure of an element. The
nベース層34上には、複数のpベース層35が相互に離隔して配置されている。各p
ベース層35は、nベース層34上において、一方向に延びた形状とされている。各pベ
ース層35の間には、nベース層34の上部が挟まれている。pベース層35の下方及び
側方は、nベース層34に接している。
On the
The
pベース層35の厚さは、数マイクロメートル(μm)、例えば、1〜5マイクロメー
トル(μm)である。pベース層35は、半導体、例えば、シリコンを含んでいる。pベ
ース層35には、アクセプターとなる不純物、例えば、ボロンが含有されている。pベー
ス層35の導電形は、p形である。pベース層35における実効的な不純物の表面濃度は
、3×1017cm−3よりも大きく、例えば、5×1017cm−3以上である。
The thickness of the
nソース層37は、pベース層35上に配置されている。nソース層37は、pベース
層35上において、一方向に延びた形状とされている。nソース層37の下方及び側方は
、pベース層35に接している。nソース層37の厚さは、0.1〜数マイクロメートル
(μm)、例えば、0.5マイクロメートル(μm)である。nソース層37は、半導体
、例えば、シリコンを含んでいる。nソース層37には、ドナーとなる不純物、例えば、
リン又は砒素が含有されている。nソース層37の導電形は、n形である。nソース層3
7における実効的な不純物の表面濃度は、3×1017cm−3よりも高く、例えば、1
×1019cm−3以上である。
The
Contains phosphorus or arsenic. The conductivity type of the
7 has an effective surface concentration of impurities higher than 3 × 10 17 cm −3 , for example, 1
X10 19 cm −3 or more.
n+ドレイン層32、nドレイン層33、nベース層34、pベース層35及びnソー
ス層37により、半導体層30が構成されている。例えば、nソース層37の上面、pベ
ース層35の上面及びnベース層34の上面により、半導体層30の上面が構成されてい
る。半導体層30の上面において、nベース層34の上面は一方向に延びている。半導体
層30の上面におけるnベース層34の両側には、pベース層35が露出している。半導
体層30の上面において、pベース層35のnベース層34と反対側には、nソース層3
7が露出している。半導体層30の上面において、nソース層37の両側には、pベース
層35が露出している。
The n + drain layer 32, the
7 is exposed. On the upper surface of the
ゲート電極38は、半導体層30上に配置されている。ゲート電極38は、例えば、半
導体層30上において、一方向に延びる板状の形状とされている。ゲート電極38は、半
導体層30の上面におけるnベース層34が露出した部分上に配置されている。ゲート電
極38における一方向に直交する方向の両端部は、nソース層37上まで達している。よ
って、ゲート電極38の直下域の半導体層30には、nベース層34、pベース層35及
びnソース層37が露出している。
The
ソース電極36は、半導体層30上及びゲート電極38上に配置されている。ソース電
極36は、金属、例えば、アルミニウムを含んでいる。ソース電極36と、nソース層3
7及びpベース層35とは、オーミック接触となっている。
The
7 and the
ゲート電極38とソース電極36との間及びゲート電極38と半導体基板30との間に
は、絶縁膜39が配置されている。すなわち、絶縁膜39は、ゲート電極38とnベース
層34との間、ゲート電極38とpベース層35との間及びゲート電極38とnソース層
37との間に配置されている。絶縁膜39におけるゲート電極38と半導体基板30との
間の部分をゲート絶縁膜という。絶縁膜39は、例えば、二酸化シリコンを含んでいる。
An insulating
半導体装置9においては、図36、図37(a)及び図37(b)に示す構成が繰り返
し配置されている。
In the
次に、本実施形態に係る半導体装置9の動作について説明する。
ソース電極36及びドレイン電極31間に、ソース電極36側を正極とする電圧を印加
する。半導体装置9の内部には、n+ドレイン層32、nドレイン層33、nベース層3
4及びpベース層35を構成要素とするダイオードを含んでいる。よって、このダイオー
ドに対して順方向のバイアスが印加されるので、例えば、環流時において、ソース電極3
6からドレイン電極31に向けて電流を流すことができる。
Next, the operation of the
A voltage having the
4 and a diode including the
A current can flow from 6 toward the
また、半導体装置9のゲート電極38に、閾値以上の電圧を印加することによって、p
ベース層35に反転層を形成する。そして、ソース電極36及びドレイン電極31間に、
ドレイン電極31側を正極とする電圧を印加する。これにより、ドレイン電極31からソ
ース電極36に向けて電流を流すことができる。
Further, by applying a voltage higher than the threshold to the
An inversion layer is formed on the
A voltage having a positive electrode on the
次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態においては、nドレイン層33及びn+ドレイン層32を形成することによ
って、ドレイン電極31側のキャリア濃度が低減する。よって、MOSFETに内蔵され
たpinダイオードがより高速に駆動する。また、ライフタイムキラーを導入することな
く、高速化することができるので、高温動作を向上させることができる。本実施形態にお
ける上記以外の効果は、前述の第1実施形態と同様である。
Next, the effect of this embodiment will be described.
In the present embodiment, by forming the
(第10実施形態の第1変形例)
次に、第10実施形態の第1変形例に係る半導体装置について説明する。本実施形態は
、pinダイオード構造を内部に含むMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-
Effect Transistor:金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)に関するものである。
(First Modification of Tenth Embodiment)
Next, a semiconductor device according to a first modification of the tenth embodiment will be described. In the present embodiment, a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-
Effect Transistor: Metal oxide semiconductor field effect transistor).
図38は、第10実施形態の第1変形例に係る半導体装置を例示する断面模式図である
。
FIG. 38 is a schematic cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to a first modification of the tenth embodiment.
図39(a)は、第10実施形態の第1変形例に係る半導体装置において、図38に示
すAA’線によるゲート電極、ソース電極及び絶縁膜を除いた平面模式図であり、図39
(b)は、図38に示すBB’線によるドレイン電極を除いた平面模式図である。
FIG. 39A is a schematic plan view of the semiconductor device according to the first modification of the tenth embodiment, excluding the gate electrode, the source electrode, and the insulating film along the line AA ′ shown in FIG.
FIG. 39B is a schematic plan view excluding the drain electrode along the line BB ′ shown in FIG.
図38、図39(a)及び図39(b)に示すように、半導体装置9には、ドレイン電
極31、n+ドレイン層32、nドレイン層33、nベース層34、pベース層35、n
+ソース層37、ゲート電極38、絶縁膜39及びソース電極36の他に、p+コンタク
ト層99が設けられている。半導体装置9aは、例えば、MOSFETである。
As shown in FIGS. 38, 39 (a) and 39 (b), the
In addition to the +
p+コンタクト層99は、各pベース層35上に配置されている。また、p+コンタク
ト層99は、n+ソース層37におけるゲート電極38で覆われた端部と反対側の端部側
に、例えば、隣接して配置されている。p+コンタクト層99は、例えば、一方向に延び
た直方体の形状とされている。p+コンタクト層99の厚さは、0.1〜数マイクロメー
トル(μm)、例えば、0.5マイクロメートル(μm)である。
The p + contact layer 99 is disposed on each
p+コンタクト層99は、半導体、例えば、シリコンを含んでいる。p+コンタクト層
99には、アクセプターとなる不純物、例えば、ボロンが含有されている。p+コンタク
ト層99の導電形は、p形(第2導電形)である。p+コンタクト層99における実効的
な不純物の表面濃度は、3×1017cm−3よりも高く、例えば、1×1019cm−
3以上である。また、更にpベース層35における実効的な不純物の表面濃度は、3×1
017cm−3以下である。
The p + contact layer 99 includes a semiconductor, for example, silicon. The p + contact layer 99 contains an impurity serving as an acceptor, for example, boron. The conductivity type of the p + contact layer 99 is p-type (second conductivity type). The effective impurity surface concentration in the p + contact layer 99 is higher than 3 × 10 17 cm −3 , for example, 1 × 10 19 cm −.
3 or more. Further, the effective impurity surface concentration in the
0 17 cm −3 or less.
n+ドレイン層32、nドレイン層33、nベース層34、pベース層35、nソース
層37及びp+コンタクト層99により、半導体層30が構成されている。例えば、nソ
ース層37の上面、pベース層35の上面、nベース層34の上面及びp+コンタクト層
99の上面により、半導体層30の上面が構成されている。半導体層30の上面において
、nベース層34の上面は一方向に延びている。半導体層30の上面におけるnベース層
34の両側には、pベース層35が露出している。半導体層30の上面において、pベー
ス層35のnベース層34と反対側には、nソース層37が露出している。半導体層30
の上面において、nソース層37のpベース層35と反対側には、p+コンタクト層99
が露出している。
The n + drain layer 32,
P + contact layer 99 on the opposite side of the
Is exposed.
半導体装置9aにおいては、図38、図39(a)及び図39(b)に示す構成が繰り
返し配置されている。p+コンタクト層99の上面は、隣り合うゲート電極38間におい
て、ソース電極36に接している。また、pベース層35は、ソース電極36に接する部
分を有する(不図示)。p+コンタクト層99における実効的な表面不純物濃度は、3×
1017cm−3よりも高いので、ソース電極36とp+コンタクト層99とはオーミッ
ク接触となっている。pベース層35における実効的な表面不純物濃度は、3×1017
cm−3以下であるので、ソース電極36とpベース層35とは、ショットキー接触とな
る。
In the
Since it is higher than 10 17 cm −3 , the
Since it is cm −3 or less, the
p+コンタクト層99については、上述した第2ベース層の一部としてもよい。すなわ
ち、第2ベース層は、不純物濃度が低いpベース層35(第2ベース層の第1の部分)と
、不純物濃度が高いp+コンタクト層99(第2ベース層の第2の部分)と、を含む。
The p + contact layer 99 may be part of the second base layer described above. That is, the second base layer includes
次に、本変形例の動作及び効果について説明する。
本変形例においては、第2実施形態に係る半導体装置2と同様なアノード構造となって
いるので、アノード側からの正孔注入量を制御できるので、高速化が実現できる。これに
加えて、p+コンタクト層99は、正孔を排出させる働きがある。これにより、例えば、
バイアスを順方向から逆方向に変化させた場合に、正孔を、nベース層34、pベース層
35及びp+コンタクト層99を経由してソース電極36に速やかに流れるようにするこ
とができる。本変形例における上記以外の動作及び効果は、前述の第10実施形態と同様
である。
Next, the operation and effect of this modification will be described.
In this modification, since the anode structure is the same as that of the
When the bias is changed from the forward direction to the reverse direction, holes can be made to flow quickly to the
(第10実施形態の第2変形例)
次に、第10実施形態の第2変形例について説明する。
本変形例に係る半導体装置を例示する断面模式図は、前述の第10実施形態の第1変形
例の図38と同じものである。
(Second Modification of Tenth Embodiment)
Next, a second modification of the tenth embodiment will be described.
A schematic cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to this variation is the same as FIG. 38 of the first variation of the tenth embodiment described above.
図40(a)は、第10実施形態の第2変形例に係る半導体装置において、図38に示
すAA’線によるゲート電極、ソース電極及び絶縁膜を除いた平面模式図であり、図40
(b)は、図38に示すBB’によるドレイン電極31を除いた平面模式図である。
FIG. 40A is a schematic plan view of the semiconductor device according to the second modification of the tenth embodiment, excluding the gate electrode, the source electrode, and the insulating film along the line AA ′ shown in FIG.
FIG. 39B is a schematic plan view excluding the
図40(a)及び図40(b)に示すように、本変形例において、p+コンタクト層9
9は、半導体層30の上面において、nソース層37のpベース層35と反対側の一部に
配置されている。そして、p+コンタクト層99の一方向における両側には、pベース層
35が配置されている。本変形例においては、MOSFETに内蔵されるダイオードの正
孔注入をより抑制できるので第10実施形態及び第10実施形態の第2変形例と比較して
ダイオードのスイッチング特性の向上を図ることができる。上記以外の構成、動作及び効
果は、前述の第10実施形態と同様である。
As shown in FIGS. 40A and 40B, in this modification, the p + contact layer 9
9 is arranged on a part of the upper surface of the
なお、MOSFETの構造については、上述した構造に限らない。
例えば、図36および図38においては、ドレイン電極31の上に、図22に例示した
p+カソード層25を設けてもよい。但し、MOSFETでは、p+カソード層25は「
p+ドレイン層25(第3ドレイン層)」と置き換えて呼称される。p+ドレイン層25
は、ドレイン電極31にオーミック接触されている。nドレイン層33は、ドレイン電極
31上、n+ドレイン層32、及びp+ドレイン層25上に設けられている。また、nド
レイン層33は、ドレイン電極31に接触する部分と、p+ドレイン層25上及びn+ド
レイン層32上に接触する部分と、を有する。
Note that the structure of the MOSFET is not limited to the structure described above.
For example, in FIGS. 36 and 38, the p + cathode layer 25 illustrated in FIG. 22 may be provided on the
The term “p + drain layer 25 (third drain layer)” is used instead. p + drain layer 25
Is in ohmic contact with the
このp+ドレイン層25に含まれる実効的な不純物濃度は、p+カソード層25の不純
物濃度と同じである。このp+ドレイン層25とn+ドレイン層32とは、p+カソード
層25とn+カソード層12とのごとく、互いに接触して配置されてもよく、互いに離間
して配置されていてもよい。
The effective impurity concentration contained in the p + drain layer 25 is the same as the impurity concentration of the p + cathode layer 25. The p + drain layer 25 and the n + drain layer 32 may be arranged in contact with each other or may be arranged apart from each other like the p + cathode layer 25 and the n + cathode layer 12. .
以上説明した実施形態によれば、電気的特性の向上を図ることができる半導体装置を提
供することができる。また、上記の数値例はシリコン材料を前提としたが、SiCやGa
N材料などのシリコン以外の材料を用いたダイオードへも本発明にかかる構造を適宜数値
を変更して適用することにより特性改善ができる。
According to the embodiment described above, it is possible to provide a semiconductor device capable of improving electrical characteristics. Moreover, although the above numerical examples are based on silicon materials, SiC and Ga
The characteristics can be improved by applying the structure according to the present invention to a diode using a material other than silicon, such as N material, by appropriately changing numerical values.
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示
したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は
、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、
種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の
範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲
に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and without departing from the spirit of the invention,
Various omissions, replacements, and changes can be made. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and the equivalents thereof. Further, the above-described embodiments can be implemented in combination with each other.
1、1a、2、2a、2b、2c、3a、3b、3c、3d、4a、4b、5a、5b
、5c、5d、6、7a、7b、8、9、101:半導体装置、10:半導体層、11:
カソード電極、11a、11b、16a、16b、31a:領域、12、92:n+カソ
ード層、13、98:nカソード層、13a、13b、13c、17a、17b、33a
、33b:部分、13h:正孔、14:nベース層、15、95、95a、95b:p+
アノード層、16:アノード電極、17、17c、17d:pアノード層、18:電子電
流、
19:正孔電流、20、120:キャリア分布、25:p+カソード層、30:半導体層
、
31:ドレイン電極、32:n+ドレイン層、33:nドレイン層、34:nベース層、
35:pベース層、36:ソース電極、37:nソース層、38:ゲート電極、39:絶
縁膜、42:フェルミ準位、43:リカバリー期間、44:テイル期間、96、96a、
96b:p+吸出層(p+カソード層)、97:p−カソード層、99:p+コンタクト
層、
501:第1配置領域、502:第2配置領域、600:不純物濃度プロファイル、CB
:伝導帯、D11、D16:間隔、Err:スイッチング損失、L1、L2、L3、L4
:実線、R11、R16:半径、VB:価電子帯、Sn、Sp:面積、Wn、Wp:幅、
VF:順方向電圧
1, 1a, 2, 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 3c, 3d, 4a, 4b, 5a, 5b
5c, 5d, 6, 7a, 7b, 8, 9, 101: semiconductor device, 10: semiconductor layer, 11:
Cathode electrode, 11a, 11b, 16a, 16b, 31a: region, 12, 92: n + cathode layer, 13, 98: n cathode layer, 13a, 13b, 13c, 17a, 17b, 33a
33b: part, 13h: hole, 14: n base layer, 15, 95, 95a, 95b: p +
Anode layer, 16: anode electrode, 17, 17c, 17d: p anode layer, 18: electron current,
19: hole current, 20, 120: carrier distribution, 25: p + cathode layer, 30: semiconductor layer,
31: drain electrode, 32: n + drain layer, 33: n drain layer, 34: n base layer,
35: p base layer, 36: source electrode, 37: n source layer, 38: gate electrode, 39: insulating film, 42: Fermi level, 43: recovery period, 44: tail period, 96, 96a,
96b: p + sucking layer (p + cathode layer), 97: p − cathode layer, 99: p + contact layer,
501: First arrangement region, 502: Second arrangement region, 600: Impurity concentration profile, CB
: Conduction band, D11, D16: interval, E rr : switching loss, L1, L2, L3, L4
: Solid line, R11, R16: radius, VB: valence band, Sn, Sp: area, Wn, Wp: width,
VF: forward voltage
Claims (2)
第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に設けられ、前記第1電極とオーミック接触した第1導電形の複数の第1半導体層と、
前記第1電極と前記第1半導体層に接触した少なくとも1つ以上の第1領域と、
隣接する前記第1半導体層間に部分的に位置し、前記第1電極とショットキー接触し、かつ前記第1電極と前記第2電極との間に設けられた第1導電形の第2半導体層と、
前記第2半導体層と前記第2電極との間に設けられ、実効的な不純物濃度が前記第2半導体層の実効的な不純物濃度よりも低い第1導電形の第3半導体層と、
前記第3半導体層と前記第2電極との間に設けられ、前記第2電極と接触した第2導電形の第4半導体層と、
前記第3半導体層と前記第2電極との間に設けられ前記第2電極と接触し、実効的な不純物濃度が前記第4半導体層の実効的な不純物濃度よりも高い第2導電形の第5半導体層と、
前記第2電極と前記第5半導体層に接触した少なくとも1つ以上の第2領域と、
を備え、
前記第1電極の上面に平行な方向において、前記第1半導体層の幅は、前記第5半導体層の幅よりも長く、
前記第1領域の面積を総和した面積は、前記第2領域の面積を総和した面積よりも大きい半導体装置。 A first electrode;
A second electrode;
A plurality of first semiconductor layers of a first conductivity type provided between the first electrode and the second electrode and in ohmic contact with the first electrode;
At least one first region in contact with the first electrode and the first semiconductor layer;
A second semiconductor layer of a first conductivity type located partially between the adjacent first semiconductor layers, in Schottky contact with the first electrode, and provided between the first electrode and the second electrode When,
A third semiconductor layer of a first conductivity type provided between the second semiconductor layer and the second electrode and having an effective impurity concentration lower than an effective impurity concentration of the second semiconductor layer;
A fourth semiconductor layer of a second conductivity type provided between the third semiconductor layer and the second electrode and in contact with the second electrode;
A second conductivity type second electrode provided between the third semiconductor layer and the second electrode and in contact with the second electrode, wherein the effective impurity concentration is higher than the effective impurity concentration of the fourth semiconductor layer. 5 semiconductor layers;
At least one second region in contact with the second electrode and the fifth semiconductor layer;
With
In a direction parallel to the upper surface of the first electrode, the width of the first semiconductor layer is longer than the width of the fifth semiconductor layer,
A semiconductor device in which an area obtained by summing up the areas of the first regions is larger than an area obtained by summing up the areas of the second regions .
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