[发明专利]半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体装置，特别是涉及一种提高了击穿耐量的功率半导体装置。

背景技术

功率半导体装置主要用于电力转换器(DC-DC、AC-DC、DC-AC以及DC-DC)和高频功率放大器。截至目前，广泛使用Si功率半导体装置。但是，近年来，缘于Si的材料特性的、Si功率半导体装置中的性能提高的局限性得到关注。

作为功率半导体装置要求具备的性能中的重要性能，列举出高装置耐受电压、低导通电阻以及低装置电容量这三个性能。但是，在这三个性能之间，存在着由材料特性而引起的相互制约的关系，有着一旦使一个性能提高、另外两个性能即会恶化的倾向。由此，采用Si的功率半导体装置的性能提高有其极限。为了打破由该相互制约关系而导致的极限，世界各地正在推动研发一种采用宽带隙半导体的功率半导体装置。

在本说明书中，以如下方式将满足以下(1)至(3)的半导体定义为宽带隙半导体。

(1)宽带隙半导体装置是指带隙能量(band gap energy)大于Si(1.1eV)以及GaAs(1.4eV)的半导体。具体是指具有大于等于2eV的带隙能量的半导体。

(2)另外，关于形成晶体的元素的构成，宽带隙半导体是以作为元素周期表第二周期元素的硼(B)、碳(C)、氮(N)以及氧(O)元素为主要成分的半导体。具体而言，相对于构成晶体的原子总数，第二周期元素的比例大于等于三分之一的半导体。

(3)另外，作为宽带隙半导体的特性，具有大于等于1MV/cm的绝缘破坏强度。

作为宽带隙半导体的具体例，可列举出碳化硅、氮化物半导体、氧化物半导体以及金刚石等。

作为碳化硅(以下称为SiC)的化学式用SiC表示，存在各种多型体。特别地，本说明书中的SiC是指4H-SiC、6H-SiC以及3C-SiC三种。

氮化硅半导体是由Ⅲ族原子(B、Al、In以及Ga)与氮原子(N)构成的化合物半导体。Ⅲ族原子的总数与氮原子的数量相同，作为其化学式由下式(1)表示。

(化学式1)

B_xAl_yIn_zGa_1-x-y-zN(1)

式中x、y以及z设为满足0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z≦1的数值。特别是，GaN、In_zGa_1-zN(以下称为InGaN)、Al_yGa_1-yN(以下称为AlGaN)以及Al_yIn_zGa_1-y-zN(以下称为AlInGaN)作为功率半导体装置的材料尤为重要。AlN以及B_xAl_1-xN(以下称为BAlN)的带隙能量大于等于5eV，其是半导体，同时还可以用作绝缘体。

氧化物半导体是以氧原子(O)为主要成分的半导体，具体列举出ZnO、Ga₂O₃、MgO、CdO、NiO、SnO₂、Cu₂O、CuAlO₂、TiO₂、VO₂、In₂O₃以及SrTiO₃等。另外，也可以将两种以上的所述氧化物半导体进行组合，从而制作混晶。具体列举出被用作透明导电膜的ITO。另外，Ⅱ族氧化物半导体作为功率半导体装置的材料特别有效，其化学式由下式(2)表示。

(化学式2)

Zn_xMg_yCd_1-x-yO(2)

式中的x以及y设为满足0≦x≦1、0≦y≦1、x+y≦1的数值。

金刚石是绝缘体，同时通过添加施主以及受主也可以作为宽带隙半导体。

作为宽带隙半导体的优良的物理性质，特别列举出高绝缘破坏强度。Si的绝缘破坏强度约为0.2MV/cm，与此相对地，作为宽带隙半导体的SiC(约2MV/cm)、GaN(约3MV/cm)以及金刚石(5～10MV/cm)的绝缘破坏强度比Si的绝缘破坏强度大10倍左右。因此，通过将宽带隙半导体用于功率半导体装置中，可以克服Si功率半导体装置中耐受电压、导通电阻以及装置电容量的相互制约的关系，从而能够提高性能。