JP6237336B2 - Wide band gap semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、ワイドバンドギャップ半導体装置に関する。特に、本発明は、ショットキーバリアダイオードに関する。 The present invention relates to a wide band gap semiconductor device. In particular, the present invention relates to a Schottky barrier diode.
ショットキーバリアダイオードは、金属と半導体との接合によって生じるショットキー障壁を応用したダイオードである。ショットキーバリアダイオードは、順方向の電圧降下が小さいという利点および、高速の応答が可能という利点を有する。 A Schottky barrier diode is a diode that applies a Schottky barrier generated by a junction between a metal and a semiconductor. The Schottky barrier diode has an advantage that a forward voltage drop is small and a high-speed response is possible.
一方、ショットキーバリアダイオードに関して、逆方向のリーク電流が大きいという課題、および、逆方向耐電圧が低いという課題が従来から知られている。これらの課題を解決するために、複数の接合障壁がショットキー接合界面に設けられた構造を有するショットキーバリアダイオードが提案されている。このようなショットキーバリアダイオードは、接合障壁ショットキーダイオード(JBS)と呼ばれる。 On the other hand, with respect to the Schottky barrier diode, a problem that the reverse leakage current is large and a problem that the reverse withstand voltage is low are conventionally known. In order to solve these problems, a Schottky barrier diode having a structure in which a plurality of junction barriers are provided at a Schottky junction interface has been proposed. Such a Schottky barrier diode is called a junction barrier Schottky diode (JBS).
たとえば特開昭52−24465号公報(特許文献1)は、第1の半導体領域と、複数の第2の半導体領域と、ショットキーバリア用電極層とを備えたJBSを開示する。第2の半導体領域の導電型は、第1の半導体領域の導電型とは逆である。複数の第2の半導体領域は、第1の半導体領域に、所定の間隔で配置される。電極層は、複数の第2の半導体領域、および、複数の第2の半導体領域に挟まれた第1の半導体領域の上に配置される。 For example, Japanese Patent Laid-Open No. 52-24465 (Patent Document 1) discloses a JBS including a first semiconductor region, a plurality of second semiconductor regions, and a Schottky barrier electrode layer. The conductivity type of the second semiconductor region is opposite to the conductivity type of the first semiconductor region. The plurality of second semiconductor regions are arranged in the first semiconductor region at a predetermined interval. The electrode layer is disposed on the plurality of second semiconductor regions and the first semiconductor region sandwiched between the plurality of second semiconductor regions.
半導体装置を構成する材料としてワイドバンドギャップ半導体が採用されつつある。ワイドバンドギャップ半導体は、珪素(Si)に比べて大きなバンドギャップを有する半導体である。 Wide band gap semiconductors are being adopted as materials constituting semiconductor devices. A wide band gap semiconductor is a semiconductor having a larger band gap than silicon (Si).
ワイドバンドギャップ半導体は、半導体装置の高耐圧化、抵抗(たとえばオン抵抗)の低減などに貢献できる。しかしながら、半導体装置の性能を高めるために、半導体装置の材料を珪素からワイドバンドギャップ半導体へと置き換えるだけでなく、半導体装置の構造の改善も必要となる可能性がある。 A wide band gap semiconductor can contribute to a high breakdown voltage of a semiconductor device and a reduction in resistance (for example, on-resistance). However, in order to improve the performance of the semiconductor device, it is possible not only to replace the material of the semiconductor device from silicon to a wide band gap semiconductor, but also to improve the structure of the semiconductor device.
本発明の目的は、高耐圧かつ低抵抗を達成可能な、ワイドバンドギャップ半導体装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a wide band gap semiconductor device capable of achieving a high breakdown voltage and a low resistance.
ある局面において、本発明のワイドバンドギャップ半導体装置は、ワイドバンドギャップ半導体層と、第1の不純物領域と、第2の不純物領域と、ショットキー電極とを備える。ワイドバンドギャップ半導体層は、第1の主面および第1の主面と反対側に位置する第2の主面を含み、第1の導電型を有する。第1の不純物領域は、ワイドバンドギャップ半導体層の第1の主面に接するようにワイドバンドギャップ半導体層の内部に配置されて、第2の導電型を有する。第2の不純物領域は、ワイドバンドギャップ半導体層の第1の主面および第1の不純物領域から離されるように、ワイドバンドギャップ半導体層の内部に配置されて、第2の導電型を有する。ショットキー電極は、ワイドバンドギャップ半導体層の第1の主面上に、第1の不純物領域およびワイドバンドギャップ半導体層に接するように配置される。 In one aspect, a wide band gap semiconductor device of the present invention includes a wide band gap semiconductor layer, a first impurity region, a second impurity region, and a Schottky electrode. The wide band gap semiconductor layer includes a first main surface and a second main surface located on the opposite side of the first main surface, and has the first conductivity type. The first impurity region is disposed inside the wide band gap semiconductor layer so as to be in contact with the first main surface of the wide band gap semiconductor layer, and has the second conductivity type. The second impurity region is disposed inside the wide band gap semiconductor layer so as to be separated from the first main surface of the wide band gap semiconductor layer and the first impurity region, and has the second conductivity type. The Schottky electrode is disposed on the first main surface of the wide band gap semiconductor layer so as to be in contact with the first impurity region and the wide band gap semiconductor layer.
本発明によれば、高耐圧かつ低抵抗を達成可能なワイドバンドギャップ半導体装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a wide band gap semiconductor device capable of achieving a high breakdown voltage and a low resistance.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
本明細書において、「電気的に接続」とは、2つの要素の直接の接続によって、それら2つの要素の間の電気的伝導が生じる場合に限定されず、2つの要素の間の電気的伝導が、それら2つの要素の間に配置される別の要素を介在して生じる場合を含む。 As used herein, “electrically connected” is not limited to the case where the direct connection of two elements causes electrical conduction between the two elements, but electrical conduction between the two elements. Includes the case of intervening another element disposed between the two elements.
[本願発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施形態を列記して説明する。
[Description of Embodiment of Present Invention]
First, embodiments of the present invention will be listed and described.
(1)本発明の実施の形態に係るワイドバンドギャップ半導体装置は、ワイドバンドギャップ半導体層1と、第1の不純物領域2と、第2の不純物領域4と、ショットキー電極6とを備える。ワイドバンドギャップ半導体層1は、第1の主面1Aおよび第1の主面1Aと反対側に位置する第2の主面10Bを含み、第1の導電型を有する。第1の不純物領域2は、ワイドバンドギャップ半導体層1の第1の主面1Aに接するようにワイドバンドギャップ半導体層1の内部に配置されて、第2の導電型を有する。第2の不純物領域4は、ワイドバンドギャップ半導体層1の第1の主面1Aおよび第1の不純物領域2から離されるように、ワイドバンドギャップ半導体層1の内部に配置されて、第2の導電型を有する。ショットキー電極6は、ワイドバンドギャップ半導体層1の第1の主面1A上に、第1の不純物領域2およびワイドバンドギャップ半導体層1に接するように配置される。
(1) The wide band gap semiconductor device according to the embodiment of the present invention includes a wide band
上記構成によれば、高耐圧かつ低抵抗を達成可能なワイドバンドギャップ半導体装置を提供することができる。第1の不純物領域2および第2の不純物領域4は、ワイドバンドギャップ半導体層1の導電型とは逆の導電型を有する。ワイドバンドギャップ半導体装置への逆バイアス電圧の印加時に、ワイドバンドギャップ半導体層1と第1の不純物領域2との接合面から空乏層が広がるとともに、第2の不純物領域4とワイドバンドギャップ半導体層1との接合面から空乏層が広がる。これらの空乏層によって、ワイドバンドギャップ半導体層1とショットキー電極6との界面(ショットキー接合界面)を保護することができる。
According to the above configuration, it is possible to provide a wide band gap semiconductor device that can achieve high breakdown voltage and low resistance.
ショットキー接合界面が保護されることによって、リーク電流を低減することができる。したがって高い耐圧を達成可能なワイドバンドギャップ半導体装置を提供することができる。 By protecting the Schottky junction interface, leakage current can be reduced. Therefore, it is possible to provide a wide band gap semiconductor device that can achieve a high breakdown voltage.
(2)好ましくは、平面視において、第2の不純物領域4は、第1の不純物領域2と重ならない位置に配置される。
(2) Preferably, the
上記構成によれば、ワイドバンドギャップ半導体装置への順バイアス電圧の印加時において、電流を妨げにくくすることができる。したがって、ワイドバンドギャップ半導体装置の抵抗が増大するのを抑えることができる。 According to the above configuration, it is possible to make it difficult to disturb the current when the forward bias voltage is applied to the wide band gap semiconductor device. Therefore, an increase in resistance of the wide band gap semiconductor device can be suppressed.
なお、「平面視」とは、ワイドバンドギャップ半導体層1の主面1Aに垂直な方向に沿って見た視野を意味する。
The “plan view” means a visual field viewed along a direction perpendicular to the
(3)好ましくは、平面視において、第2の不純物領域4の少なくとも一部は、第1の不純物領域2に重なる位置に配置される。
(3) Preferably, at least a part of the
上記構成によれば、ワイドバンドギャップ半導体装置への逆バイアス電圧の印加時において、ワイドバンドギャップ半導体層1と第1の不純物領域2との接合面から、ワイドバンドギャップ半導体層1の第2の主面10Bに向かって空乏層が延びる。この空乏層が、第2の不純物領域4とワイドバンドギャップ半導体層1との接合面からワイドバンドギャップ半導体層1側に延びる空乏層と、つながりやすくなる。これにより、ショットキー接合界面を、より確実に保護することができる。したがってワイドバンドギャップ半導体の耐圧を維持することができる。
According to the above configuration, when the reverse bias voltage is applied to the wide band gap semiconductor device, the second band of the wide band
(4)好ましくは、平面視において、第1の不純物領域2は、第1のストライプ形状を有する。平面視において、第2の不純物領域4は、第2のストライプ形状を有する。第1のストライプ形状は、第1の主面1Aに平行な第1の方向Yに沿った長軸と、第1の主面1Aに平行であるとともに第1の方向Yに垂直な第2の方向Xに沿って延在する短軸とを有する。第2のストライプ形状は、第1の方向Yおよび第2の方向Xのうちの一方に沿った長軸と、第1の方向Yおよび第2の方向Xのうちの他方に沿った短軸とを有する。平面視において、第2の不純物領域4の一部が、第1の不純物領域2と重なっている。
(4) Preferably, the
上記構成によれば、平面視において、第2の不純物領域4の一部が、第1の不純物領域2と重なっている。これにより、ワイドバンドギャップ半導体層1と第1の不純物領域2との接合面から、ワイドバンドギャップ半導体層1の第2の主面10Bに向かって延びる空乏層と、第2の不純物領域4とワイドバンドギャップ半導体層1との接合面からワイドバンドギャップ半導体層1側に延びる空乏層とが、つながりやすくなる。これによりショットキー接合界面を、より確実に保護することができる。したがってワイドバンドギャップ半導体の耐圧を維持することができる。
According to the above configuration, a part of the
「ストライプ形状」は、長軸および短軸を有する二次元形状であれば特に限定されない。ストライプ形状は、長方形、楕円、丸められた角を有する長方形などを含むことができるが、これらに限定されない。 The “stripe shape” is not particularly limited as long as it is a two-dimensional shape having a major axis and a minor axis. Stripe shapes can include, but are not limited to, rectangles, ellipses, rectangles with rounded corners, and the like.
(5)好ましくは、第2のストライプ形状の長軸は、第1の方向Yに沿って延在する。第2のストライプ形状の短軸は、第2の方向Xに沿って延在する。平面視において、第2の不純物領域4の第2の方向Xにおける端部が、第1の不純物領域2の第2の方向Xにおける端部と重なっている。
(5) Preferably, the long axis of the second stripe shape extends along the first direction Y. The minor axis of the second stripe shape extends along the second direction X. In plan view, the end portion of the
上記構成によれば、ワイドバンドギャップ半導体の耐圧を維持することができる。さらに、第1の不純物領域2と第2の不純物領域4との間の距離を短くすることができる。したがって、ワイドバンドギャップ半導体装置への順バイアス電圧の印加時に、第1の不純物領域2から第2の不純物領域4にキャリア(たとえばホール)を効果的に注入することができる。これにより第2の不純物領域4の電気的中性をより早く回復することができる。したがって、ワイドバンドギャップ半導体装置の応答速度を高めることができる。
According to the above configuration, the breakdown voltage of the wide band gap semiconductor can be maintained. Furthermore, the distance between the
(6)好ましくは、第2のストライプ形状は、第1の部分41と、第2の部分42とを含む。第1の部分41は、第1の方向Yに沿った長軸と第2の方向Xに沿った短軸とを有する。第2の部分42は、第2の方向Xに沿って、第1の部分から突出する。平面視において、第2の不純物領域4における第2の部分42の少なくとも一部が、第1の不純物領域2と重なっている。
(6) Preferably, the second stripe shape includes a
上記構成によれば、ワイドバンドギャップ半導体の耐圧を維持することができる。さらに、第2のストライプ形状の第1の部分を第1のストライプ形状を重ねない(第1のストライプ形状からずらす)ことが可能である。したがって、ワイドバンドギャップ半導体装置の抵抗の増加を抑えることができる。 According to the above configuration, the breakdown voltage of the wide band gap semiconductor can be maintained. Furthermore, it is possible not to overlap the first stripe shape with the first stripe shape (shift from the first stripe shape). Therefore, an increase in resistance of the wide band gap semiconductor device can be suppressed.
(7)好ましくは、平面視において、第1のストライプ形状の長軸と、第2のストライプ形状の長軸とが交差するように、第2の不純物領域4が、第1の不純物領域2と重なっている。
(7) Preferably, in a plan view, the
上記構成によれば、第2のストライプ形状の一部を第1のストライプ形状に重ねることができる。したがってワイドバンドギャップ半導体の耐圧を維持することができる。 According to the above configuration, a part of the second stripe shape can be overlapped with the first stripe shape. Therefore, the breakdown voltage of the wide band gap semiconductor can be maintained.
(8)好ましくは、上記(3)〜(5)に記載のワイドバンドギャップ半導体装置において、平面視において、第1の不純物領域2および第2の不純物領域4のうちの一方の全体が、第1の不純物領域2および第2の不純物領域4の他方に重なる。
(8) Preferably, in the wide band gap semiconductor device according to any one of (3) to (5) above, one of the
上記構成によれば、ワイドバンドギャップ半導体層1と第1の不純物領域2との接合面から、ワイドバンドギャップ半導体層1の第2の主面10Bに向かって延びる空乏層と、第2の不純物領域4とワイドバンドギャップ半導体層1との接合面からワイドバンドギャップ半導体層1側に延びる空乏層とが、つながりやすくなる。これにより、ショットキー接合界面を、より確実に保護することができる。したがってワイドバンドギャップ半導体の耐圧を維持することができる。
According to the above configuration, the depletion layer extending from the junction surface between the wide band
(9)好ましくは、ワイドバンドギャップ半導体装置は、第3の不純物領域7をさらに備える。第3の不純物領域7は、第1の主面1Aに平行な方向Xに沿って第2の不純物領域4と並ぶように、ワイドバンドギャップ半導体層1の内部に配置されて、第1の導電型を有する。第3の不純物領域7は、ワイドバンドギャップ半導体層1において、第3の不純物領域7の周囲に位置し、かつ第1の導電型を有する部分の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する。
(9) Preferably, the wide band gap semiconductor device further includes a
上記構成によれば、第3の不純物領域7によって、第2の不純物領域4から横方向(第1の主面1Aに平行な方向)への空乏層の広がりを抑えることができる。さらに、ワイドバンドギャップ半導体層1における抵抗を下げることができる。したがって、ワイドバンドギャップ半導体装置の抵抗を下げることができる。「第1の主面1Aに平行な方向Xに沿って第2の不純物領域4と並ぶ」とは、第1の主面1Aから第2の主面10Bへと向かう方向(深さ方向)において、第3の不純物領域7の第1の主面1A側の端部の位置が、第2の不純物領域4の接合面の位置(第2の不純物領域4の深さ)と一致することを意味するように限定されない。第3の不純物領域7の第1の主面1A側の端部の位置が、第2の不純物領域4の接合面の位置から深さ方向にずれていてもよい。
According to the above configuration, the
(10)好ましくは、第3の不純物領域7は、第1の主面1A側に位置する第1の端部7Aと、第2の主面10B側に位置する第2の端部7Bとを有する。第1の主面1Aに対向する第2の不純物領域4の接合面が、第1の主面1Aから第2の主面10Bへと向かう深さ方向における、第3の不純物領域7の第1の端部7Aの位置から、第3の不純物領域7の第2の端部7Bの位置までの範囲内に位置する。
(10) Preferably, the
上記構成によれば、ワイドバンドギャップ半導体装置への順方向バイアス電圧の印加時において、第2の不純物領域4から横方向(主面1Aに平行な方向)への空乏層の広がりをより効果的に抑えることができる。したがって、ワイドバンドギャップ半導体装置の抵抗を下げることができる。
According to the above configuration, when a forward bias voltage is applied to the wide band gap semiconductor device, the depletion layer can be more effectively spread from the
(11)好ましくは、第2の不純物領域4は、電気的にフローティングとされる。
上記構成によれば、ワイドバンドギャップ半導体装置に逆バイアス電圧が印加されたときに、第2の不純物領域4の電位が高くなる。これにより第1の不純物領域2から空乏層が延びやすくなる。したがって、耐圧を維持することができる。
(11) Preferably, the
According to the above configuration, the potential of the
(12)好ましくは、第2の不純物領域4は、ショットキー電極6に電気的に接続される。
(12) Preferably,
上記構成によれば、第2の不純物領域4の電位が固定されているので、ワイドバンドギャップ半導体装置の動作を安定化させることができる。さらに、第2の不純物領域4がショットキー電極6に電気的に接続される結果、キャリア(たとえばホール)を第2の不純物領域4に、より効果的に注入することができる。したがって、高速の応答を実現することができる。
According to the above configuration, since the potential of the
(13)好ましくは、第1の不純物領域2と、第2の不純物領域4との間の距離は、5μm以下である。
(13) Preferably, the distance between the
上記構成によれば、第1の不純物領域2から第2の不純物領域4へのキャリア(たとえばホール)の注入により、第2の不純物領域4の空乏化を解消できるとともに、第2の不純物領域4の電位を回復することができる。
According to the above configuration, depletion of the
(14)好ましくは、第1の不純物領域2と、第2の不純物領域4との間の距離は、2μm以下である。
(14) Preferably, the distance between the
上記構成によれば、第2の不純物領域4の空乏化をより高速に解消することができるとともに、第2の不純物領域4の電位をより高速に回復させることができる。
According to the above configuration, depletion of the
(15)好ましくは、ワイドバンドギャップ半導体層1は、炭化珪素を含む。
上記構成によれば、高耐圧かつ低抵抗を有する炭化珪素半導体装置を実現することができる。
(15) Preferably, wide band
According to the above configuration, a silicon carbide semiconductor device having a high breakdown voltage and a low resistance can be realized.
[本願発明の実施形態の詳細]
以下に説明する各実施の形態に係るワイドバンドギャップ半導体装置は、ショットキーバリアダイオードであり、より特定的には、接合障壁ショットキーダイオード(JBS)である。
[Details of the embodiment of the present invention]
The wide band gap semiconductor device according to each embodiment described below is a Schottky barrier diode, more specifically, a junction barrier Schottky diode (JBS).
<実施の形態1>
図1は、本発明の実施の形態1に係るショットキーバリアダイオード101の概略平面図である。図2は、図1のII−IIに沿ったショットキーバリアダイオード101の断面を示した断面図である。
<
FIG. 1 is a schematic plan view of a
図1および図2を参照して、本発明の実施の形態1に係るショットキーバリアダイオード101は、ワイドバンドギャップ半導体層1と、複数のp型領域2と、p型領域21,22と、複数のp型埋込領域4と、絶縁膜5と、ショットキー電極6と、アノード電極8と、カソード電極9とを備える。
Referring to FIGS. 1 and 2,
ワイドバンドギャップ半導体層1は、ワイドバンドギャップ半導体を含む半導体層である。この実施の形態では、ワイドバンドギャップ半導体層1は、炭化珪素(SiC)を含む半導体層である。
The wide band
ワイドバンドギャップ半導体層1は、2つの層を含む。第1の層は、ドリフト層12である。第2の層は、炭化珪素基板10である。
The wide band
炭化珪素基板10は、たとえばポリタイプ4Hを有する六方晶炭化珪素単結晶である。炭化珪素基板10は、第1の主面10Aと、第2の主面10Bとを有する。第2の主面10Bは、第1の主面10Aに対して反対側に位置する。炭化珪素基板10は、導電型としてn型(第1の導電型)を有する。
ドリフト層12は、炭化珪素基板10の第1の主面10A上に設けられる炭化珪素の層である。ドリフト層12は、たとえばエピタキシャル成長によって、炭化珪素基板10の第1の主面10A上に形成される。ドリフト層12は、n型の導電型を有する。ドリフト層12の不純物濃度は、炭化珪素基板10の不純物濃度より低くてもよい。
ワイドバンドギャップ半導体層1は、第1の主面と、第2の主面とを有する。第2の主面は、第1の主面の主面に対して反対側に位置する。この実施の形態では、主面1Aが、ワイドバンドギャップ半導体層1の第1の主面に対応する。一方、炭化珪素基板10の第2の主面10Bが、ワイドバンドギャップ半導体層1の第2の主面に対応する。言い換えると、ドリフト層12は、ワイドバンドギャップ半導体層1の第1の主面(主面1A)に接する。炭化珪素基板10は、ワイドバンドギャップ半導体層1の第2の主面(10B)に接するとともに、ドリフト層12に接する。
Wide band
なお、図2に示されるように、主面1Aの一部は絶縁膜5に覆われている。しかし、図1では、主面1Aを明示するために、絶縁膜5は示されていない。以下に説明される、各実施の形態に係るショットキーバリアダイオードの平面図においても同様である。
As shown in FIG. 2, a part of the
複数のp型領域2、およびp型領域21,22の各々は、ワイドバンドギャップ半導体層1の主面1Aに接するように、ワイドバンドギャップ半導体層1の内部に配置される。より具体的には、複数のp型領域2、およびp型領域21,22の各々は、ドリフト層12の内部に配置される。
Each of the plurality of p-
複数のp型領域2の各々の一方端は、p型領域21に接続される。複数のp型領域2の各々の他方端は、p型領域22に接続される。複数のp型領域2およびp型領域21,22は、1つのp型領域2Aを形成する。p型領域21,22は、複数のp型領域2と同一の製造工程によってドリフト層12の内部に配置することができる。なお、p型領域21,22は必須ではない。
One end of each of the plurality of p-
複数のp型埋込領域4の各々は、ワイドバンドギャップ半導体層1の主面1Aおよび複数のp型領域2から離されるように、ワイドバンドギャップ半導体層1の内部に配置される。さらに、複数のp型埋込領域4の各々は、炭化珪素基板10の第1の主面10Aからも離されている。したがって、複数のp型埋込領域4は、ドリフト層12の内部に配置される。
Each of the plurality of p-type buried
p型領域2A(複数のp型領域2およびp型領域21,22の各々)は、n型と異なる導電型、すなわちp型(第2の導電型)を有する。同じく、複数のp型埋込領域4の各々は、導電型としてp型を有する。1つの実施形態では、p型領域2Aの不純物(アクセプタ)濃度は、各p型埋込領域4の不純物濃度より高い。さらに、p型領域2Aの不純物濃度および各p型埋込領域4の不純物濃度は、ドリフト層12の不純物(ドナー)濃度よりも高い。ただし、p型領域2Aの不純物濃度、各p型埋込領域4の不純物濃度およびドリフト層12の不純物濃度の間の関係は、このように限定されるものではない。また、p型領域2の不純物濃度と、p型領域21あるいはp型領域22の不純物濃度とが同じであるように限定されない。
The p-
図1に示されるように、平面視において、複数のp型領域2の各々は、ストライプ形状を有する。同じく、平面視において、複数のp型埋込領域4の各々は、ストライプ形状を有する。「平面視」とは、ワイドバンドギャップ半導体層1の主面1Aに垂直な方向に沿って見た視野を意味する。また、「ストライプ形状」とは、長軸と短軸とを有する二次元形状を意味する。
As shown in FIG. 1, each of the plurality of p-
本発明の実施の形態において、ストライプ形状は、長方形である。長方形の長軸の方向は、長方形の長辺の方向に等しい。同じく、長方形の短軸の方向は、長方形の短辺の方向に等しい。したがって、以下では、長軸の代わりに「長辺」との用語を用いるとともに、短軸の代わりに「短辺」との用語を用いる。なお、長方形は、ストライプ形状の1つの実施形態である。ストライプ形状は、たとえば楕円、丸められた角を有する長方形などを含むことができるが、これらに限定されない。 In the embodiment of the present invention, the stripe shape is a rectangle. The direction of the long axis of the rectangle is equal to the direction of the long side of the rectangle. Similarly, the direction of the short axis of the rectangle is equal to the direction of the short side of the rectangle. Therefore, in the following, the term “long side” is used instead of the long axis, and the term “short side” is used instead of the short axis. Note that the rectangle is one embodiment of a stripe shape. The stripe shape can include, but is not limited to, for example, an ellipse, a rectangle with rounded corners, and the like.
図1に示すY方向およびX方向は、ワイドバンドギャップ半導体層1の主面1Aに平行な方向である。さらに、X方向はY方向に直交する。
The Y direction and the X direction shown in FIG. 1 are directions parallel to the
平面視において、各p型領域2(第1のストライプ形状)の長辺と各p型埋込領域4(第2のストライプ形状)の長辺とが同じ方向(Y方向)に沿って延在する。したがって平面視において、各p型領域2(第1のストライプ形状)の短辺と各p型埋込領域4(第2のストライプ形状)の短辺とが同じ方向(X方向)に沿って延在する。 In plan view, the long side of each p-type region 2 (first stripe shape) and the long side of each p-type buried region 4 (second stripe shape) extend along the same direction (Y direction). To do. Accordingly, in plan view, the short side of each p-type region 2 (first stripe shape) and the short side of each p-type buried region 4 (second stripe shape) extend along the same direction (X direction). Exists.
さらに、複数のp型領域2および複数のp型埋込領域4は、長方形の短辺に沿った方向、すなわちX方向に沿って交互に並べられる。実施の形態1では、平面視において、p型埋込領域4(第2のストライプ形状)がp型領域2(第1のストライプ形状)と重ならないように、p型領域2およびp型埋込領域4が配置される。
Further, the plurality of p-
図2に示される距離d1は、p型領域2と、そのp型領域2に最も近いp型埋込領域4との間のX方向の距離である。距離d2は、1つのp型領域2と、そのp型領域2に最も近いp型埋込領域4との間の距離(好ましくは最短距離)である。たとえば距離d2のX方向の成分の大きさが距離d1に等しい。距離d2は、5μm以下であり、より好ましくは2μm以下である。
The distance d1 shown in FIG. 2 is a distance in the X direction between the p-
ショットキー電極6は、ワイドバンドギャップ半導体層1の主面1A上に配置される。ショットキー電極6は、p型領域2A(複数のp型領域2およびp型領域21,22の各々)と、ワイドバンドギャップ半導体層1とに接する。ショットキー電極6は、ドリフト層12とショットキー接合される金属からなる。ドリフト層12すなわちn型の炭化珪素半導体層との間でショットキー接合を達成できる金属であれば、ショットキー電極6の材料は、特に限定されない。ショットキー電極6は、たとえば、チタン(Ti)、ニッケル(Ni)、窒化チタン(TiN)、金(Au)、モリブデン(Mo)およびタングステン(W)などを含むことができる。
絶縁膜5は、ワイドバンドギャップ半導体層の主面1A上に配置される。図2に示されるように、たとえば絶縁膜5は、X方向に沿って並ぶ複数のp型領域2のうち、最も外側に配置されるp型領域2の表面の一部を覆うように配置される。さらに、ショットキー電極6の一部が、絶縁膜5の上に配置される。
The insulating
さらに、絶縁膜5は、p型領域21,22の少なくとも一部の表面を覆うように配置されていてもよい。すなわち、ショットキー電極6をドリフト層12の表面およびp型領域2の表面に接触させるためのコンタクトホールが、絶縁膜5に形成されてもよい。
Furthermore, the insulating
アノード電極8は、ショットキー電極6に重ねられる。これにより、アノード電極8が、ショットキー電極6と電気的に接続される。アノード電極8は、たとえばアルミニウムで形成されていてもよい。
The
カソード電極9は、炭化珪素基板10の第2の主面10B(ワイドバンドギャップ半導体層1の第2の主面)に接するように配置される。これにより、カソード電極9がワイドバンドギャップ半導体層1に電気的に接続される。カソード電極9は、たとえばニッケルなど、n型の炭化珪素基板10とオーミック接合可能な材料からなっていてもよい。
図3は、本発明の実施の形態1に係るショットキーバリアダイオード101に逆バイアス電圧を印加したときのショットキーバリアダイオード101の状態を模式的に示した断面図である。図4は、図3に示されるショットキーバリアダイオード101の状態に対応するショットキーバリアダイオード101のエネルギーバンド図である。図4では、図3のIX−IX線に沿った方向におけるエネルギーバンド図が示される。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the state of the
図3および図4を参照して、アノード電極8とカソード電極9との間に逆バイアス電圧が印加されて、カソード電極9の電位がアノード電極8の電位よりも高くなる。p型領域2とドリフト層12との接合面、および、p型埋込領域4とドリフト層12との接合面から空乏層15が広がる。ドリフト層12の不純物濃度が、p型領域2の不純物濃度およびp型埋込領域4の不純物濃度よりも低い。このために、空乏層15は、より大きくドリフト層12側に広がる。
Referring to FIGS. 3 and 4, a reverse bias voltage is applied between
図4を参照して、「Ev」および「Ec」は、それぞれ価電子帯の上端および導電帯の下端をそれぞれ示す。「Ef」は、フェルミ準位を示す。p型領域2、p型埋込領域4およびドリフト層12において空乏化していない領域では、キャリアと、空間電荷とによって、電気的中性条件が満たされる。なお、p型領域2およびp型埋込領域4におけるキャリアは正孔である。これに対して、ドリフト層12におけるキャリアは電子である。キャリアは空乏層15には存在しないため、空間電荷による電界が空乏層15において生じる。
Referring to FIG. 4, “Ev” and “Ec” indicate the upper end of the valence band and the lower end of the conduction band, respectively. “Ef” indicates the Fermi level. In the p-
図5は、本発明の実施の形態1に係るショットキーバリアダイオード101に、より大きな逆バイアス電圧を印加したときのショットキーバリアダイオード101の状態を模式的に示した断面図である。図6は、図5に示されるショットキーバリアダイオード101の状態に対応するショットキーバリアダイオード101のエネルギーバンド図である。図6では、図5のVI−VI線に沿った方向におけるエネルギーバンド図が示される。
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the state of
図5および図6を参照して、ショットキーバリアダイオード101に印加される逆バイアス電圧が大きくなることにより、p型領域2とドリフト層12との接合面から、ワイドバンドギャップ半導体層1の第2の主面側に向けて空乏層が延びる。この空乏層が、p型埋込領域4とドリフト層12との接合面からドリフト層12側に広がる空乏層15に到達する。なお、以下の説明において、「下方」または「深さ方向」とは、ワイドバンドギャップ半導体層1の第1の主面から、ワイドバンドギャップ半導体層1の第2の主面へと向かう方向を指す。一方、「上方」とは、ワイドバンドギャップ半導体層1の第2の主面から、ワイドバンドギャップ半導体層1の第1の主面へと向かう方向を指す。
Referring to FIGS. 5 and 6, the reverse bias voltage applied to
p型埋込領域4では、一部または全部のキャリアが失われる。一部のキャリアが失われる場合には、p型埋込領域4の一部が空乏化する。一方、全部のキャリアが失われる場合には、p型埋込領域4の全体が空乏化する。両方の場合において、p型埋込領域4に残留した空間電荷によって、p型埋込領域4が負電圧に帯電する。
In the p-type buried
図7は、本発明の実施の形態1に係るショットキーバリアダイオード101から、逆バイアス電圧が除去された状態を模式的に示した断面図である。図8は、図7に示されるショットキーバリアダイオード101の状態に対応するショットキーバリアダイオード101のエネルギーバンド図である。図8では、図7のVII−VII線に沿った方向におけるエネルギーバンド図が示される。
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a state where the reverse bias voltage is removed from the
図7および図8を参照して、ショットキーバリアダイオード101から逆バイアス電圧が除去されて、カソード電極9およびアノード電極8の間の電圧が0Vになる。カソード電極9およびアノード電極8の間がオープンであってもよい。ドリフト層12の導電型はn型である。ドリフト層12には電子が速やかに流入されて、ドリフト層12の電気的中性が回復される。
Referring to FIGS. 7 and 8, the reverse bias voltage is removed from
しかしながら、p型埋込領域4には、ホールが積極的に注入されない。このため、p型埋込領域4が完全に空乏化されている場合、あるいは、p型埋込領域4の一部に導電領域が残っている場合において、p型埋込領域4の電位が負電位に維持される可能性が生じる。
However, holes are not positively injected into the p-type buried
p型埋込領域4が負電位となるため、p型埋込領域4の周囲には、空乏層15が残留する。なお、カソード電極9とアノード電極8との間の電圧が0Vの場合、p型埋込領域4とドリフト層12との接合面から広がった空乏層15は徐々に縮小する。空乏層15が残ることにより、電子の通る経路(言い換えると、電流の流れる経路)が狭められる。したがって、ショットキーバリアダイオード101の抵抗が高くなる。
Since the p-type buried
図9は、逆バイアス電圧の印加後に本発明の実施の形態1に係るショットキーバリアダイオード101に、順バイアス電圧を印加したときのショットキーバリアダイオード101の状態を表わすショットキーバリアダイオード101の断面図である。図9を参照して、アノード電極8とカソード電極9との間に順バイアス電圧が印加されて、アノード電極8の電位がカソード電極9の電位よりも高くなる。p型領域2からp型埋込領域4にホール(図9において「h」で表わされる)が注入される。
FIG. 9 is a cross section of the
p型埋込領域4へのホールの注入により、p型埋込領域4とドリフト層12との接合面から広がる空乏層15が縮小されて電流経路が広がる。したがって、ショットキーバリアダイオード101の抵抗を低減することができる。図9に示されるショットキーバリアダイオード101の状態を表わすエネルギーバンド図は、図4に示すエネルギーバンド図と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。
By injecting holes into the p-type buried
本発明の実施の形態に係るショットキーバリアダイオードを、インバータを構成する半導体スイッチング素子に逆並列に接続されるフリーホイールダイオードに適用してもよい。このような場合には、上記したように、ショットキーバリアダイオード101に順バイアス電圧と逆バイアス電圧とが交互に印加される。
You may apply the Schottky barrier diode which concerns on embodiment of this invention to the freewheel diode connected to the semiconductor switching element which comprises an inverter in antiparallel. In such a case, the forward bias voltage and the reverse bias voltage are alternately applied to the
図10は、本発明の実施の形態1に係るショットキーバリアダイオード101に順方向電流が流れるときのショットキーバリアダイオード101の状態を模式的に示した断面図である。図10を参照して、矢印は電流を表わす。ショットキーバリアダイオード101に順バイアス電圧を印加することにより、アノード電極8からワイドバンドギャップ半導体層1を通り、カソード電極9へと電流が流れる。
FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing the state of the
実施の形態1によれば、ワイドバンドギャップ半導体層1の内部に、p型領域2から離隔して、p型埋込領域4が設けられる。図5に示されるように、ショットキーバリアダイオード101への逆バイアス電圧の印加時において、p型領域2とドリフト層12との接合面から下方に空乏層15が延びる。さらに、p型埋込領域4とドリフト層12との接合面からドリフト層12側にも空乏層15が伸びる。これらの空乏層15がつながることにより、ショットキー接合界面(ショットキー電極6とワイドバンドギャップ半導体層1との界面)を保護することができる。なお、図5では、これらの空乏層がつながることで形成された空乏層が、空乏層15として表されている。
According to the first embodiment, the p-type buried
ショットキー接合界面が保護されることによって、ショットキーバリアダイオード101への逆バイアス電圧の印加時に、リーク電流を低減することができる。したがって実施の形態1によれば、ショットキーバリアダイオード101の耐圧を従来よりも向上させることができる。
By protecting the Schottky junction interface, leakage current can be reduced when a reverse bias voltage is applied to the
たとえば、ショットキーバリアダイオード101の定格の逆バイアス電圧を、1000V〜3000Vとすることができる。この定格の逆バイアス電圧は、珪素を材料とするショットキーバリアダイオードの定格逆バイアス電圧に比べて十分に高い。
For example, the rated reverse bias voltage of the
さらに、実施の形態1によれば、p型埋込領域4の電位がフローティングとされる。これにより、ショットキーバリアダイオード101への逆バイアス印加時に、p型埋込領域4の電位が高くなりやすくなる。したがってp型領域2から下方に空乏層15が延びやすくなるので、高い耐圧を達成するショットキーバリアダイオードを実現することができる。
Furthermore, according to the first embodiment, the potential of p type buried
ショットキーバリアダイオード101への定格逆バイアス印加時に、p型埋込領域4は完全に空乏化されてもよい。この場合には、ショットキーバリアダイオード101の寄生容量を低減することができる。p型埋込領域4を完全に空乏化するためには、p型埋込領域4の不純物濃度が小さく、かつ、ショットキー接合界面からのp型埋込領域4の距離が小さいことが好ましい。
When the rated reverse bias is applied to the
一方、ショットキーバリアダイオード101への定格逆バイアス印加時に、p型埋込領域4の一部が空乏化されていてもよい。この場合、p型埋込領域4とドリフト層12との接合面から、ドリフト層12側に空乏層をより大きく広げることができる。したがって、ショットキーバリアダイオード101の耐圧を確保することができる。p型埋込領域4の一部を空乏化するために、p型埋込領域4の不純物濃度を大きくしてもよく、ショットキー接合界面からのp型埋込領域4の距離を大きくしてもよい。
On the other hand, part of the p-type buried
なお、p型埋込領域4の空乏層の幅は、ドリフト層12の不純物濃度、p型埋込領域4の不純物濃度およびショットキーバリアダイオード101の定格逆バイアス電圧をポアソンの方程式に代入することで、予め求めることができる。したがって、ショットキーバリアダイオード101への定格逆バイアス印加時に、p型埋込領域4の全部が空乏化されるか、またはp型埋込領域4の一部が空乏化されるかを予め設計することが可能である。
The width of the depletion layer in the p-type buried
p型領域2とp型埋込領域4との距離d2は、5μm以下であることが好ましい。たとえば、P. A. Ivanov 他6名による「High Hole lifetime (3.8μs) in 4H-SiC diodes with 5.5kV blocking voltage」、Electronics letters、1999年、第35巻、第16号、1382頁〜1383頁によれば、5.5kV耐圧の4H−SiCダイオードにおける正孔の寿命が0.6〜3.8μs(300〜550K)、正孔の拡散長が16〜22μm(不純物濃度:6×1014cm-3)である。p型領域2とp型埋込領域4との間の距離d2を5μm以下とすることにより、p型領域2からp型埋込領域4に正孔を注入することが可能になる。これにより、逆バイアスから順バイアスへの切り換え時において、p型埋込領域4の空乏化の解消および電位回復を達成することができる。
The distance d2 between the p-
より好ましくは、p型領域2とp型埋込領域4との間の距離d2は、2μm以下である。上記文献から、距離d2を2μm以下とすることにより、数十ns(ナノ秒)以下の時間で、p型埋込領域4の空乏化の解消および電位の回復を達成することが期待できる。したがって、ショットキーバリアダイオード101の高速の応答が可能になる。
More preferably, the distance d2 between the p-
さらに、ショットキー電極6は、p型領域2に対してオーミックに接合されていることが好ましい。これにより、ショットキーバリアダイオード101のバイアス電圧を逆バイアス電圧から順バイアス電圧へと切換える際において、p型領域2からp型埋込領域4に、より多くのホールを注入することができる。したがって、ショットキーバリアダイオード101の高速の応答が可能になる。
Furthermore, it is preferable that the
さらに、実施の形態1によれば、p型埋込領域4は、平面視において、p型領域2と重ならない位置に配置される。より具体的には、平面視において、p型領域2とp型埋込領域4との間に隙間が存在する(図1を参照)。隙間に相当する部分は、ドリフト層12の一部であるので、順方向電流を流すことができる。これにより、ショットキーバリアダイオード101への順バイアス電圧の印加時において、順方向電流を妨げにくくなる。したがって、ショットキーバリアダイオード101の抵抗の増大を抑えることができる。
Furthermore, according to the first embodiment, p type buried
以上のように実施の形態1によれば、抵抗の増大を抑えながら高い耐圧を得ることが可能なショットキーバリアダイオードを、ワイドバンドギャップ半導体によって実現することができる。したがって実施の形態1によれば、高耐圧かつ低抵抗を有するワイドバンドギャップ半導体装置を実現することができる。 As described above, according to the first embodiment, a Schottky barrier diode capable of obtaining a high breakdown voltage while suppressing an increase in resistance can be realized by a wide band gap semiconductor. Therefore, according to the first embodiment, a wide band gap semiconductor device having a high breakdown voltage and a low resistance can be realized.
<実施の形態2>
図11は、本発明の実施の形態2に係るショットキーバリアダイオード102の概略平面図である。図12は、図11のXII−XIIに沿ったショットキーバリアダイオード102の断面を示した断面図である。
<
FIG. 11 is a schematic plan view of the
図11および図12を参照して、実施の形態2では、平面視においてp型埋込領域4(第2のストライプ形状)の一部がp型領域2(第1のストライプ形状)に重なるように、p型領域2およびp型埋込領域4が配置される。
Referring to FIGS. 11 and 12, in the second embodiment, p-type buried region 4 (second stripe shape) partially overlaps p-type region 2 (first stripe shape) in plan view. In addition, p-
実施の形態1と同様に、各p型領域2(第1のストライプ形状)の長辺と各p型埋込領域4(第2のストライプ形状)の長辺とが同じ方向(Y方向)に沿っている。したがって平面視において、各p型領域2(第1のストライプ形状)の短辺と各p型埋込領域4(第2のストライプ形状)の短辺とが同じ方向(X方向)に沿っている。平面視において、p型埋込領域4のX方向の端部が、p型領域2のX方向の端部に重なっている。つまり、平面視において、p型領域2およびp型埋込領域4のX方向の端部同士が重なりあっている。
As in the first embodiment, the long side of each p-type region 2 (first stripe shape) and the long side of each p-type buried region 4 (second stripe shape) are in the same direction (Y direction). Along. Accordingly, in plan view, the short side of each p-type region 2 (first stripe shape) and the short side of each p-type buried region 4 (second stripe shape) are along the same direction (X direction). . In plan view, the end of the p-type buried
図12を参照して、距離d3は、p型領域2と、そのp型領域2に最も近いp型埋込領域4とのX方向の重なり部分の長さに相当する。距離d4は、p型領域2と、そのp型領域2に最も近いp型埋込領域4との間の距離に相当する。耐圧あるいは抵抗の観点から、距離d3は、0以上の適切な値に設定される。実施の形態1と同じく、p型領域2からp型埋込領域4へのホールの注入の観点から、距離d4は、5μm以下であることが好ましい。より好ましくは、距離d4は、2μm以下である。
Referring to FIG. 12, distance d <b> 3 corresponds to the length of the overlapping portion in the X direction between p-
図13は、本発明の実施の形態2に係るショットキーバリアダイオード102に逆バイアス電圧を印加したときの、ショットキーバリアダイオード102の状態を模式的に示した断面図である。図13を参照して、ショットキーバリアダイオード102への逆バイアス電圧の印加時には、p型領域2とドリフト層12との接合面から下方に延びる空乏層15と、p型埋込領域4とドリフト層12との接合面からドリフト層12に広がる空乏層15とをつながりやすくすることができる。これにより、ショットキーバリアダイオード102への逆バイアス電圧の印加時に、ショットキー接合界面を、より確実に保護することができる。したがって、ショットキーバリアダイオード102の耐圧を維持することができる。なお、図13では、これらの空乏層がつながることで形成された空乏層の全体が、空乏層15として表されている。
FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing the state of the
さらに、p型領域2とp型埋込領域4との一部が平面視において重なっていることにより、p型領域2とp型埋込領域4との間の距離を短くすることができる。したがって、ショットキーバリアダイオード102への順バイアス電圧の印加時には、p型領域2からp型埋込領域4にホールを効果的に注入することができる。これによりp型埋込領域4の電気的中性をより早く回復することができる。したがって、ショットキーバリアダイオードの応答速度を高めることができる。
Further, since part of p-
以上のように実施の形態2によれば、実施の形態1と同様に、抵抗の増大を抑えながら高い耐圧を得ることが可能なショットキーバリアダイオードを、ワイドバンドギャップ半導体によって実現することができる。 As described above, according to the second embodiment, as in the first embodiment, a Schottky barrier diode capable of obtaining a high breakdown voltage while suppressing an increase in resistance can be realized by a wide band gap semiconductor. .
<実施の形態3>
図14は、本発明の実施の形態3に係るショットキーバリアダイオード103の概略平面図である。図15は、図14のXV−XVに沿ったショットキーバリアダイオード103の断面を示した断面図である。
<
FIG. 14 is a schematic plan view of the
図14および図15を参照して、p型埋込領域4(第2のストライプ形状)は、第1の部分41と、第2の部分42とを含む。第1の部分41は、実施の形態1に係るショットキーバリアダイオード101が備えるp型埋込領域4に対応する。したがって、平面視において、第1の部分41は、Y方向に沿った長軸とX方向に沿った短軸とを有する。第2の部分42は、平面視において、X方向に沿って第1の部分41から突出する。
Referring to FIGS. 14 and 15, p type buried region 4 (second stripe shape) includes a
平面視において、p型埋込領域4の第2の部分42の一部が、p型領域2に重ねられる。平面視において、第2の部分42の全体が、p型領域2に重ねられてもよい。
In plan view, part of the
p型埋込領域4における第2の部分42の配置は図14に示されるように限定されるものではない。たとえば、複数の第2の部分42同士がつながるように複数の第2の部分42が配置されてもよい。
The arrangement of the
1つのp型埋込領域4が有する第2の部分42の数は、1以上であれば特に限定されるものではない。1つのp型埋込領域4が複数の第2の部分42を有してもよい。
The number of the
距離d5は、p型領域2と、そのp型領域2に最も近いp型埋込領域4とのX方向の重なり部分の長さに相当する。距離d6は、p型領域2と、そのp型領域2とはX方向に離れている、最も近いp型埋込領域4との間のX方向の距離に相当する。距離d7は、p型領域2と、そのp型領域2に最も近いp型埋込領域4との間の距離に相当する。
The distance d5 corresponds to the length of the overlapping portion in the X direction between the p-
距離d5は、図12に示す距離d3と同じであってもよい。距離d6は、図2に示す距離d1と同じであってもよい。距離d7は、図12に示す距離d4と同じであってもよい。実施の形態1と同じく、p型領域2からp型埋込領域4へのホールの注入の観点から、距離d7は、5μm以下であることが好ましい。より好ましくは、距離d7は、2μm以下である。
The distance d5 may be the same as the distance d3 shown in FIG. The distance d6 may be the same as the distance d1 shown in FIG. The distance d7 may be the same as the distance d4 shown in FIG. Similar to the first embodiment, from the viewpoint of hole injection from the p-
実施の形態3によれば、実施の形態1,2の両方による効果を得ることができる。実施の形態1と同じく、ショットキーバリアダイオード103は、平面視においてp型領域2とp型埋込領域4の第1の部分41との間に隙間が設けられた部分を有する。隙間に相当する部分は、ドリフト層12の一部であるので、順方向電流を流すことができる。したがって実施の形態3によればショットキーバリアダイオード103の抵抗の増大を抑えることができる。
According to the third embodiment, the effects of both the first and second embodiments can be obtained. As in the first embodiment,
加えて、ショットキーバリアダイオード103への逆バイアス電圧の印加時には、p型領域2とドリフト層12との接合面から下方に向かって延びる空乏層15と、p型埋込領域4(第2の部分42)とドリフト層12との接合面からドリフト層12側に広がる空乏層15とをつながりやすくすることができる。これにより、ショットキーバリアダイオード103への逆バイアス電圧の印加時に、ショットキー接合界面を、より確実に保護することができる。したがって、ショットキーバリアダイオード103の耐圧を維持することができる。
In addition, when a reverse bias voltage is applied to the
さらに、ショットキーバリアダイオード103への順バイアス電圧の印加時に、p型領域2からp型埋込領域4にホールを効果的に注入することができる。その結果、ショットキーバリアダイオード103の応答速度を高めることができる。
Furthermore, holes can be effectively injected from the p-
<実施の形態4>
図16は、本発明の実施の形態4に係るショットキーバリアダイオード104の概略平面図である。図17は、図16のXVII−XVIIに沿ったショットキーバリアダイオード104の断面を示した断面図である。図18は、図16のXVIII−XVIIIに沿ったショットキーバリアダイオード104の断面を示した断面図である。
<
FIG. 16 is a schematic plan view of the
図16〜図18を参照して、平面視においてp型埋込領域4(第2のストライプ形状)の長辺は、X方向(第2の方向)に沿っている。したがって、p型領域2(第1のストライプ形状)の長辺の方向(Y方向)と、p型埋込領域4(第2のストライプ形状)の長辺の方向とが交差する。この点において、ショットキーバリアダイオード104は、ショットキーバリアダイオード101と異なる。
Referring to FIGS. 16 to 18, the long side of p type buried region 4 (second stripe shape) is in the X direction (second direction) in plan view. Therefore, the direction of the long side (Y direction) of the p-type region 2 (first stripe shape) and the direction of the long side of the p-type buried region 4 (second stripe shape) intersect. In this respect, the
図17および図18には、距離d8が示される。距離d8は、p型領域2と、そのp型領域2に最も近いp型埋込領域4との間の距離である。距離d8は、図12に示す距離d4と同じであってもよい。p型領域2からp型埋込領域4にホールを効果的に注入する観点から、実施の形態1〜3と同様に、距離d8は、5μm以下であることが好ましい。より好ましくは、距離d8は、2μm以下である。
17 and 18 show the distance d8. The distance d8 is a distance between the p-
実施の形態4によれば、実施の形態3と同様の効果を得ることができる。ショットキーバリアダイオード104は、平面視においてp型領域2とp型埋込領域4との間に隙間が設けられた部分を有する。したがって実施の形態4によればショットキーバリアダイオード104の抵抗を低減することができる。
According to the fourth embodiment, the same effect as in the third embodiment can be obtained.
さらに、ショットキーバリアダイオード104は、平面視においてp型領域2とp型埋込領域4とが重なる部分を有する。したがってショットキーバリアダイオード104の耐圧を維持することができる。さらに、ショットキーバリアダイオード104の応答速度を高めることができる。
Furthermore,
<実施の形態5>
図19は、本発明の実施の形態5に係るショットキーバリアダイオード105の概略平面図である。図20は、図19のXX−XXに沿ったショットキーバリアダイオード105の断面を示した断面図である。
<
FIG. 19 is a schematic plan view of a
図19および図20を参照して、平面視において、p型埋込領域4(第2のストライプ形状)の全体がp型領域2(第1のストライプ形状)に重なるように配置される。この点において、ショットキーバリアダイオード105は、ショットキーバリアダイオード101と異なる。
Referring to FIGS. 19 and 20, the entire p type buried region 4 (second stripe shape) is arranged so as to overlap the p type region 2 (first stripe shape) in plan view. In this respect, the
図19および図20に示した構成によれば、p型領域2のX方向の長さ(短辺の長さ)、およびp型埋込領域4のX方向の長さ(短辺の長さ)は、略等しい。同じく、p型領域2のY方向の長さ(長辺の長さ)、およびp型埋込領域4のY方向の長さ(長辺の長さ)も、略等しい。しかしながらこのように限定されるものではない。実施の形態5では、平面視において、p型領域2およびp型埋込領域4のうちの一方の全体が、p型領域2およびp型埋込領域4のうちの他方と重なっていればよい。したがって、p型領域2のX方向の長さおよびY方向の長さが、p型埋込領域4のX方向の長さおよびY方向の長さよりそれぞれ大きくてもよい。逆にp型埋込領域4のX方向の長さおよびY方向の長さがp型領域2のX方向の長さおよびY方向の長さよりそれぞれ大きくてもよい。
19 and 20, the length of the p-
距離d9は、p型領域2と、そのp型領域2に最も近いp型埋込領域4との間の距離である。p型領域2からp型埋込領域4にホールを効果的に注入する観点から、実施の形態1〜4と同様に、距離d9は、5μm以下であることが好ましい。より好ましくは、距離d9は、2μm以下である。
The distance d9 is a distance between the p-
距離d10は、互いに隣接する2つのp型埋込領域4の間の距離である。距離d10は、ショットキーバリアダイオード105に求められる耐圧、抵抗等の性能の観点から適切に定めることができる。
The distance d10 is a distance between two adjacent p-type buried
実施の形態5によれば、実施の形態1〜4と同様に、抵抗の増大を抑えながら高い耐圧を得ることが可能なショットキーバリアダイオードを、ワイドバンドギャップ半導体によって実現することができる。さらに、ショットキーバリアダイオードの応答速度を高めることができる。 According to the fifth embodiment, as in the first to fourth embodiments, a Schottky barrier diode capable of obtaining a high breakdown voltage while suppressing an increase in resistance can be realized by a wide band gap semiconductor. Furthermore, the response speed of the Schottky barrier diode can be increased.
<実施の形態6>
図21は、本発明の実施の形態6に係るショットキーバリアダイオード106の概略平面図である。図21を参照して、複数のp型埋込領域4は島状に形成される。複数のp型埋込領域4が、複数のp型領域2の間に二次元状に配置される。平面視において、複数のp型埋込領域4は、互いに離されている。
<
FIG. 21 is a schematic plan view of the
たとえば実施の形態1と同様に、平面視においてp型領域2とp型埋込領域4との間に隙間が存在するように、p型領域2とp型埋込領域4とが配置される。しかしながら、他の実施の形態と同様に、平面視において、p型埋込領域4の一部あるいは全部がp型領域2と重なっていてもよい。
For example, as in the first embodiment,
p型埋込領域4の平面形状は、たとえば正方形である。しかしながらp型埋込領域4の平面形状は、特に限定されず、たとえば長方形、他の多角形(たとえば正六角形)、円、楕円形等であってもよい。
The planar shape of the p-type buried
なお、平面視において、p型領域2およびp型埋込領域4の両方の形状が島状であってもよい。
In plan view, both the p-
実施の形態6によれば、平面視におけるp型領域2とp型埋込領域4との間の隙間の面積を大きくすることができる。上記の通り、隙間に相当する部分は、ドリフト層12の一部であるので、順方向電流を流すことができる。したがって実施の形態6によれば、実施の形態1に比較して、ショットキーバリアダイオードの抵抗をより小さくすることができる。
According to the sixth embodiment, the area of the gap between p-
<実施の形態7>
図22は、本発明の実施の形態7に係るショットキーバリアダイオード107の概略平面図である。図23は、図22のXXIII−XXIIIに沿ったショットキーバリアダイオード107の断面を示した断面図である。
<
FIG. 22 is a schematic plan view of the
図22および図23を参照して、本発明の実施の形態7に係るショットキーバリアダイオード107は、複数のn型埋込領域7がさらに追加される点において、実施の形態1に係るショットキーバリアダイオード101と異なる。n型埋込領域7が、第1の主面1Aに平行な方向に沿ってp型埋込領域4と並ぶように、ドリフト層12の内部に配置される。したがって2つのn型埋込領域7が、X方向において1つのp型埋込領域4を挟むように配置される。さらに、平面視において、n型埋込領域7は、p型領域2と重なるように配置される。
Referring to FIGS. 22 and 23,
平面視において、n型埋込領域7は、p型領域2およびp型埋込領域4と同様にストライプ形状(第3のストライプ形状)を有する。具体的には、第3のストライプ形状は、Y方向に沿った長辺と、X方向に沿った短辺とを有する長方形である。
In plan view, the n-type buried
n型埋込領域7の導電型は、ドリフト層12の導電型と同じである。n型埋込領域7の不純物濃度は、n型埋込領域7の周囲に位置し、かつ導電型がn型である部分(すなわちドリフト層12の部分)の不純物濃度よりも大きい。したがって、不純物濃度に基づいて、ドリフト層12内におけるn型埋込領域7を特定することができる。たとえば走査型静電容量顕微鏡(SCM)を用いて、ワイドバンドギャップ半導体層1の主面1Aから下方に沿って不純物(ドナー)の濃度を解析することによって、n型埋込領域7を特定してもよい。さらに、「n型埋込領域7の周囲に位置し、かつ導電型がn型である部分」は、たとえば、ワイドバンドギャップ半導体層1の深さ方向におけるn型埋込領域7の上方のドリフト層12の部分(一例として、n型埋込領域7とp型領域2とに挟まれたドリフト層12の部分)、ワイドバンドギャップ半導体層1の深さ方向におけるn型埋込領域7の直下のドリフト層12の部分、あるいは、n型埋込領域7とp型埋込領域4とに挟まれたドリフト層12の部分とすることができる。
The conductivity type of n type buried
図24は、図23に示すショットキーバリアダイオード107の断面の一部を拡大した部分拡大図である。図24を参照して、n型埋込領域7のトップラインは、p型埋込領域4のトップライン4Lよりも、ワイドバンドギャップ半導体層1の主面1A(ショットキー電極6と言い換えてもよい)の近くにある。
FIG. 24 is a partially enlarged view in which a part of the cross section of the
p型埋込領域4のトップライン4Lとは、p型埋込領域4の上側の接合面の位置を示す仮想的な線である。p型埋込領域4の上側の接合面とは、そのp型埋込領域4とドリフト層12との複数の接合面のうち、ワイドバンドギャップ半導体層1の主面1Aと対向するように形成された接合面であり、かつ、炭化珪素基板10の第1の主面10Aよりも主面1Aに近い位置にある接合面である。
The
n型埋込領域7は、端部7Aと、端部7Bとを有する。端部7A,7Bは、n型埋込領域7とドリフト層12との境界に相当する。端部7Aは、ワイドバンドギャップ半導体層1の第1の主面(主面1A)側に位置する。n型埋込領域7のトップラインとは、端部7Aの位置を示す仮想的な線である。端部7Bは、ワイドバンドギャップ半導体層1の第2の主面(炭化珪素基板10の第2の主面10B)側に位置する。
N-type buried
n型埋込領域7は、このトップライン4Lを含むように、ドリフト層12に配置される。言い換えると、ワイドバンドギャップ半導体層1の第1の主面(主面1A)に対向するp型埋込領域4の接合面が、第1の主面1Aから第2の主面10Bへと向かう方向(深さ方向)における、n型埋込領域の端部7Aの位置から、n型埋込領域の端部7Bの位置までの範囲内に位置する。
N type buried
図25は、本発明の実施の形態7に係るショットキーバリアダイオード107に順バイアス電圧を印加したときにp型埋込領域4から延びる空乏層15を模式的に説明した部分拡大図である。図23および図25を参照して、ショットキーバリアダイオード107の順バイアス電圧の印加時に、空乏層15は、上方、すなわち、ワイドバンドギャップ半導体層1の主面1Aに向かう方向に延びる。
FIG. 25 is a partially enlarged view schematically illustrating the
空乏層15は、ドリフト層12の内部において横方向(たとえばX方向)にも広がり得る。しかしながら、p型埋込領域4に隣り合うn型埋込領域7によって、空乏層15のX方向の広がりが抑えられる。p型埋込領域4の両側に2つのn型埋込領域7が位置するので、空乏層15のX方向の広がりを抑える効果が高められる。
The
上記のように、空乏層15が広がるほど電流経路が狭められる。実施の形態7では、n型埋込領域7が空乏層15の広がりを抑えるので、電流経路の狭まりを抑えることができる。さらに、n型埋込領域7は、ドリフト層12と同じ導電型を有し、かつドリフト層12よりも高い不純物濃度を有する。これにより、実施の形態1に比べてショットキーバリアダイオード107の抵抗を低減することができる。
As described above, the current path is narrowed as the
図26は、本発明の実施の形態7に係るショットキーバリアダイオード107に逆バイアス電圧を印加したときにp型埋込領域4から延びる空乏層15を模式的に説明した部分拡大図である。図23および図26を参照して、ショットキーバリアダイオード107への逆バイアス電圧の印加時において、空乏層15は下方、すなわち炭化珪素基板10の第1の主面10Aに向かって延びやすくなる。ただし、実施の形態1〜6と同様に、p型領域2とドリフト層12との接合面から下方に延びる空乏層15(図26には示さず)と、p型埋込領域4とドリフト層12との接合面から延びる空乏層15とがつながることによって、ショットキー接合界面を保護することができる。
FIG. 26 is a partially enlarged view schematically illustrating the
以上のように実施の形態7によれば、実施の形態1に比べて、ショットキーバリアダイオードの抵抗を低減することができる。なお、2つのp型埋込領域4の間に配置される(挟まれる)n型埋込領域7の数は1に限定されるものではない。2つのp型埋込領域4の間に、複数のn型埋込領域7が配置されてもよい。
As described above, according to the seventh embodiment, the resistance of the Schottky barrier diode can be reduced as compared with the first embodiment. Note that the number of n-type buried
<実施の形態8>
実施の形態1〜7では、複数のp型埋込領域4の各々は、電気的にフローティングとされる。すなわちp型埋込領域4の電位は固定されていない。しかしながら、p型埋込領域4が電気的にフローティングとされるように限定されるものではない。
<Eighth embodiment>
In the first to seventh embodiments, each of the plurality of p type buried
図27は、本発明の実施の形態8に係るショットキーバリアダイオード108の概略平面図である。図28は、図27のXXVIII−XXVIIIに沿ったショットキーバリアダイオード108の断面を示した断面図である。
FIG. 27 is a schematic plan view of the
図27および図28を参照して、ショットキーバリアダイオード108は、複数のコンタクト領域16をさらに備える点において、実施の形態1に係るショットキーバリアダイオード101と異なる。
27 and 28,
コンタクト領域16は、ドリフト層12の内部に配置されたp型領域である。コンタクト領域16は、p型埋込領域4に電気的に接続されるとともにショットキー電極6に電気的に接続される。したがって、p型埋込領域4は、コンタクト領域16を介してショットキー電極6およびアノード電極8に電気的に接続される。平面視において、コンタクト領域16は、p型埋込領域4、ショットキー電極6およびアノード電極8に重なるとともに、たとえばp型領域2の外側に位置するように配置される。
Contact
実施の形態8によれば、p型領域2とp型埋込領域4とに同じ電位が与えられる。p型埋込領域4の電位が固定されているので、ショットキーバリアダイオード108の動作を安定化させることができる。さらに、ショットキー電極6を介してアノード電極8からp型埋込領域4に、ホールを、より効果的に注入することができる。したがって、ショットキーバリアダイオードの高速の応答を実現することができる。
According to the eighth embodiment, the same potential is applied to
なお、実施の形態7以外の各実施の形態に係るダイオードにおいても、2つのp型埋込領域4の間に、少なくとも1つのn型埋込領域7が配置されてもよい。その場合、2つのp型埋込領域4の間に配置されるn型埋込領域7の数は特に限定されるものではない。
In the diodes according to the respective embodiments other than the seventh embodiment, at least one n-type buried
また、上記各実施の形態では、第1の導電型がn型であり、第2の導電型がp型である。しかしながら、第1導電型がp型であり、第2の導電型がn型であってもよい。この場合、上記説明におけるドナーおよびアクセプタも入れ替えられる。 In each of the above embodiments, the first conductivity type is n-type, and the second conductivity type is p-type. However, the first conductivity type may be p-type and the second conductivity type may be n-type. In this case, the donor and acceptor in the above description are also replaced.
また、上記の各実施の形態では、ワイドバンドギャップ半導体層1は炭化珪素からなる。しかしながら、ワイドバンドギャップは、炭化珪素に加えて、窒化ガリウム(GaN)、ダイヤモンド等を含む。したがって、ワイドバンドギャップ半導体層1を窒化ガリウムによって形成してもよく、ダイヤモンドによって形成してもよい。
In each of the above embodiments, the wide band
また、p型領域2およびp型埋込領域4の各々は、少なくとも1つあればよい。p型領域2およびp型埋込領域4の両方の数が複数であると限定されるものではない。
Each of the p-
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 ワイドバンドギャップ半導体層
1A 主面(ワイドバンドギャップ半導体層)
2,2A,21,22 p型領域
4 p型埋込領域
4L トップライン
5 絶縁膜
6 ショットキー電極
7 n型埋込領域
7A,7B 端部(n型埋込領域)
8 アノード電極
9 カソード電極
10 炭化珪素基板
10A 第1の主面(炭化珪素基板)
10B 第2の主面(炭化珪素基板)
12 ドリフト層
15 空乏層
16 コンタクト領域
41 第1の部分(p型埋込領域)
42 第2の部分(p型埋込領域)
101〜108 ショットキーバリアダイオード
X,Y 方向
d1〜d10 距離。
1 Wide Band
2, 2A, 21, 22 p-type region 4 p-type buried
8
10B Second main surface (silicon carbide substrate)
12
42 Second part (p-type buried region)
101-108 Schottky barrier diode X, Y direction d1-d10 distance.
Claims (9)
前記ワイドバンドギャップ半導体層の前記第1の主面に接するように前記ワイドバンドギャップ半導体層の内部に配置されて、第2の導電型を有する、第1の不純物領域と、
前記ワイドバンドギャップ半導体層の前記第1の主面および前記第1の不純物領域から離されるように、前記ワイドバンドギャップ半導体層の内部に配置されて、前記第2の導電型を有する、第2の不純物領域と、
前記ワイドバンドギャップ半導体層の前記第1の主面上に、前記第1の不純物領域および前記ワイドバンドギャップ半導体層に接するように配置されたショットキー電極とを備え、
平面視において、前記第1の不純物領域は、第1のストライプ形状を有し、
前記平面視において、前記第2の不純物領域は、第2のストライプ形状を有し、
前記第1のストライプ形状は、前記第1の主面に平行な第1の方向に沿った長軸と、前記第1の主面に平行であるとともに前記第1の方向に垂直な第2の方向に沿って延在する短軸とを有し、
前記第2のストライプ形状は、
前記第1の方向に沿った長軸と前記第2の方向に沿った短軸とを有する第1の部分と、
前記第2の方向に沿って前記第1の部分から突出する第2の部分とを含み、
前記平面視において、前記第2の不純物領域における前記第2の部分の少なくとも一部が、前記第1の不純物領域と重なっている、ワイドバンドギャップ半導体装置。 A wide band gap semiconductor layer including a first main surface and a second main surface located opposite to the first main surface and having the first conductivity type;
A first impurity region disposed inside the wide band gap semiconductor layer so as to be in contact with the first main surface of the wide band gap semiconductor layer and having a second conductivity type;
A second conductivity type disposed within the wide band gap semiconductor layer so as to be separated from the first main surface of the wide band gap semiconductor layer and the first impurity region; Impurity regions of
Wherein on said first major surface of the wide band gap semiconductor layer, Bei example a Schottky electrode disposed so as to be in contact with the first impurity region and said wide bandgap semiconductor layer,
In plan view, the first impurity region has a first stripe shape,
In the plan view, the second impurity region has a second stripe shape,
The first stripe shape includes a long axis along a first direction parallel to the first main surface, and a second axis parallel to the first main surface and perpendicular to the first direction. A minor axis extending along the direction,
The second stripe shape is:
A first portion having a major axis along the first direction and a minor axis along the second direction;
A second portion projecting from the first portion along the second direction,
The wide band gap semiconductor device , wherein at least a part of the second portion in the second impurity region overlaps the first impurity region in the plan view .
前記ワイドバンドギャップ半導体層の前記第1の主面に接するように前記ワイドバンドギャップ半導体層の内部に配置されて、第2の導電型を有する、第1の不純物領域と、
前記ワイドバンドギャップ半導体層の前記第1の主面および前記第1の不純物領域から離されるように、前記ワイドバンドギャップ半導体層の内部に配置されて、前記第2の導電型を有する、第2の不純物領域と、
前記ワイドバンドギャップ半導体層の前記第1の主面上に、前記第1の不純物領域および前記ワイドバンドギャップ半導体層に接するように配置されたショットキー電極と、
前記第1の主面に平行な方向に沿って前記第2の不純物領域と並ぶように、前記ワイドバンドギャップ半導体層の内部に配置されて、前記第1の導電型を有する、第3の不純物領域とを備え、
前記第3の不純物領域は、前記ワイドバンドギャップ半導体層において、前記第3の不純物領域の周囲に位置し、かつ前記第1の導電型を有する部分の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する、ワイドバンドギャップ半導体装置。 A wide band gap semiconductor layer including a first main surface and a second main surface located opposite to the first main surface and having the first conductivity type;
A first impurity region disposed inside the wide band gap semiconductor layer so as to be in contact with the first main surface of the wide band gap semiconductor layer and having a second conductivity type;
A second conductivity type disposed within the wide band gap semiconductor layer so as to be separated from the first main surface of the wide band gap semiconductor layer and the first impurity region; Impurity regions of
A Schottky electrode disposed on the first main surface of the wide band gap semiconductor layer so as to be in contact with the first impurity region and the wide band gap semiconductor layer;
A third impurity having the first conductivity type and disposed inside the wide band gap semiconductor layer so as to be aligned with the second impurity region along a direction parallel to the first main surface; and a region,
The third impurity region in the wide band gap semiconductor layer, located around the third impurity region, and having a higher impurity concentration than the impurity concentration of the portion having the first conductivity type, Wa Id band gap semiconductor device.
前記第1の主面側に位置する第1の端部と、
前記第2の主面側に位置する第2の端部とを有し、
前記第1の主面に対向する前記第2の不純物領域の接合面が、前記第1の主面から前記第2の主面へと向かう深さ方向における、前記第3の不純物領域の前記第1の端部の位置から、前記第3の不純物領域の前記第2の端部の位置までの範囲内に位置する、請求項2に記載のワイドバンドギャップ半導体装置。 The third impurity region is
A first end located on the first main surface side;
A second end located on the second main surface side,
The junction surface of the second impurity region opposed to the first main surface has a first surface of the third impurity region in a depth direction from the first main surface to the second main surface. The wide band gap semiconductor device according to claim 2 , wherein the wide band gap semiconductor device is located within a range from a position of one end portion to a position of the second end portion of the third impurity region.
前記ワイドバンドギャップ半導体層の前記第1の主面に接するように前記ワイドバンドギャップ半導体層の内部に配置されて、第2の導電型を有する、第1の不純物領域と、A first impurity region disposed inside the wide band gap semiconductor layer so as to be in contact with the first main surface of the wide band gap semiconductor layer and having a second conductivity type;
前記ワイドバンドギャップ半導体層の前記第1の主面および前記第1の不純物領域から離されるように、前記ワイドバンドギャップ半導体層の内部に配置されて、前記第2の導電型を有する、第2の不純物領域と、A second conductivity type disposed within the wide band gap semiconductor layer so as to be separated from the first main surface of the wide band gap semiconductor layer and the first impurity region; Impurity regions of
前記ワイドバンドギャップ半導体層の前記第1の主面上に、前記第1の不純物領域および前記ワイドバンドギャップ半導体層に接するように配置されたショットキー電極とを備え、A Schottky electrode disposed on the first main surface of the wide band gap semiconductor layer so as to be in contact with the first impurity region and the wide band gap semiconductor layer;
平面視において、前記第2の不純物領域は、前記第1の不純物領域と重ならない位置に配置され、かつ、互いに離された島状に形成される、ワイドバンドギャップ半導体装置。The wide-bandgap semiconductor device, wherein the second impurity region is formed in an island shape that is disposed at a position that does not overlap the first impurity region and is separated from each other in plan view.
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