[发明专利]半导体元件

说明书

技术领域

本发明涉及半导体元件，尤其是涉及高耐压用或者大电流用的碳化硅半导体元件(功率半导体器件)。

背景技术

与硅(Si)相比，碳化硅(SiC)是带隙大的高硬度的半导体材料，被适用于功率元件、环境耐受元件、高温工作元件或者高频元件等各种半导体装置中。尤其是，关注对半导体元件以及整流元件等功率元件的应用。采用了SiC的功率元件具有比起Si功率元件能够大幅降低电力损耗等的优点。此外，SiC功率元件有效利用这种特性，能够实现比Si功率元件更小型的半导体装置。

采用了SiC的功率元件中代表性的半导体元件是金属-绝缘体-半导体场效应晶体管(Metal-Insulator-Semiconductor Field-Effect Transistor：MISFET)。以下，有时将SiC的MISFET简称为“SiC-FET”。金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：MOSFET)是一种MISFET。

正在研究作为例如用于对电动机等负载进行驱动控制的功率变换器等中的开关元件来使用SiC-FET的情况。在采用MISFET作为功率变换器的开关元件的情况下，有时在MISFET截止的状态下有“逆流电流”流过。在一般的逆变器电路中，通过按照相对于MISFET反并联地外置连接续流二极管，来确保逆流电流的路径。在将SiC-FET适用于逆变器电路的情况下，选择由SiC构成的肖特基二极管作为续流二极管。

另一方面，MISFET在其构造上在内部具有pn结，在源极和漏极之间起到二极管的作用，因此被称作体二极管。在该MISFET的沟道处于截止状态时，若能采用内置于SiC-FET的pn结来进行通电，则能够削减适用于逆变器电路时外置的续流二极管，能够削减部件个数。但是，若在SiC的pn结中流动正向电流，则报告由于基底面位错而导致层叠缺陷增大这样的SiC固有的问题。若将内置于SiC-FET中的pn结二极管(体二极管)用作续流二极管，则电流在正方向上流过作为pn结的体二极管。若这种电流在SiC的pn结中流动，则认为由于体二极管所产生的双极性动作，SiC-FET的结晶恶化、例如pn结中的层叠缺陷会越来越大(参照例如专利文献1。)。

此外，若SiC-FET的结晶恶化继续，则体二极管的接通电压有可能会上升。此外，若将体二极管用作续流二极管，则由于pn结二极管的双极性动作，二极管从接通状态转移到断开状态时，有反向恢复电流流动。反向恢复电流产生恢复损耗，还会导致开关速度降低。

如上所述，在SiC-FET中，体二极管的通电有可能引起恢复损耗的增大或层叠缺陷的增大所引起的元件恶化，因此不能将该体二极管用作续流二极管。

在此，发明者等首先发明了如下的SiC-FET：通过将SiC-FET的沟道结构最优化，从而在沟道部内置二极管功能，在该SiC-FET处于断开状态时，不对体二极管进行通电，从而能够使电流从源电极经过内置的沟道部流到漏极(参照专利文献2)。由此，在搭载于逆变器电路等的情况下，能够削减外置的续流二极管，能削减部件个数。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2008-17237号公报

专利文献2：国际公开第2010/125819号

发明内容

发明所要解决的课题

在包括上述SiC-FET在内的各种晶体管中，例如在搭载于大电流驱动电路中时，期望如在接通时使大电流流过这样实现大电流化等特性的进一步改善。

本发明正是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，在半导体元件中增大接通时的饱和电流。

尤其是，如发明者等首先发明的上述的SiC-FET那样，在沟道部中内置二极管功能的情况下，维持内置于沟道部中的二极管的特性的同时，增大作为晶体管而工作时的接通时的饱和电流。

用于解决课题的手段