JP2016171268A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】耐圧を向上できる半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置100は、第1導電形の第1半導体領域1と、第1導電形の第2半導体領域2と、第2導電形の第3半導体領域3と、絶縁部10と、半導体部18と、を有する。第2半導体領域は、第1半導体領域の一部の上に設けられている。第2半導体領域の第2導電形のキャリア濃度は、第1半導体領域の第1導電形のキャリア濃度よりも低い。第3半導体領域は、第2半導体領域の上に設けられている。絶縁部は、第3半導体領域に接している。絶縁部は、第2半導体領域及び第1半導体領域の周りに設けられている。半導体部は、絶縁部の周りに設けられている。半導体部は、第1半導体領域と接していない。【選択図】図2

Description

本発明の実施形態は、半導体装置に関する。
ダイオード、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、およびIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの半導体装置は、電力変換回路等に用いられる。これらの半導体装置の耐圧は、高いことが望ましい。
米国特許第7781310号明細書
本発明が解決しようとする課題は、耐圧を向上できる半導体装置を提供することである。
実施形態に係る半導体装置は、第1導電形の第1半導体領域と、第1導電形の第2半導体領域と、第2導電形の第3半導体領域と、絶縁部と、半導体部と、を有する。
第2半導体領域は、第1半導体領域の一部の上に設けられている。
第2半導体領域の第2導電形のキャリア濃度は、第1半導体領域の第1導電形のキャリア濃度よりも低い。
第3半導体領域は、第2半導体領域の上に設けられている。
絶縁部は、第3半導体領域に接している。絶縁部は、第2半導体領域および第1半導体領域の周りに設けられている。
半導体部は、絶縁部の周りに設けられている。半導体部は、第1半導体領域と接していない。
第1実施形態に係る半導体装置の平面図である。 図1のA−A´断面図である。 図2の一部を拡大した断面図である。 第1実施形態に係る半導体装置の特性を例示するグラフである。 第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を表す工程断面図である。 第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を表す工程平面図である。 図6のA−A´断面図である。 第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を表す工程断面図である。 第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を表す工程断面図である。 第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を表す工程平面図である。 図10のA−A´断面図である。 第1実施形態に係る半導体装置の製造工程を表す工程断面図である。 第1実施形態に係る半導体装置の特性を例示する拡大断面図である。 第2実施形態に係る半導体装置の断面図である。
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
各実施形態の説明には、XYZ直交座標系を用いる。例えば、各実施形態に係る半導体装置を作製する際に用いられる基板の主面に対して平行な方向であって、相互に直交する2方向をX方向及びY方向とする。そして、これらX方向及びY方向の双方に対して直交する方向をZ方向(第1方向)とする。
各実施形態の説明において、n、n及びp、pの表記は、各導電形における不純物濃度の相対的な高低を表す。すなわち、nはnよりもn形の不純物濃度が相対的に高いことを示す。また、pはpよりもp形の不純物濃度が相対的に高いことを示す。
以下で説明する各実施形態について、各半導体領域のp形とn形を反転させて各実施形態を実施してもよい。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る半導体装置100の平面図である。
図2は、図1のA−A´断面図である。
なお、図1では、絶縁部10の一部、アノード電極22、および絶縁層31が省略されている。
図1のB−B´断面図における半導体装置100の構造は、例えば、図2に表される図1のA−A´断面図における半導体装置100の構造と同じである。
半導体装置100は、例えば、ダイオードである。
半導体装置100は、n形(第1導電形)の半導体領域1(第1半導体領域)と、n形半導体領域2(第2半導体領域)と、p形(第2導電形)の半導体領域3(第3半導体領域)と、p形半導体領域4と、絶縁層11と、絶縁領域12と、カソード電極21と、アノード電極22と、絶縁層31と、を有する。
図1に表すように、p形半導体領域4は、X−Y面に沿ってp形半導体領域3に囲まれている。p形半導体領域3の周りには絶縁部10が設けられ、絶縁部10の周りには半導体部18が設けられている。
半導体装置100の外縁(n形半導体領域1の外縁)の形状は任意であり、例えば、図1に表すように四角形である。
図2に表すように、カソード電極21は、n形半導体領域1の下に設けられ、n形半導体領域1と電気的に接続されている。
形半導体領域2は、n形半導体領域1の一部の上に設けられている。p形半導体領域3は、n形半導体領域2の上に設けられ、p形半導体領域4は、p形半導体領域3の上に選択的に設けられている。
形半導体領域4の上には、アノード電極22が設けられている。Z方向において、アノード電極22の一部と、p形半導体領域3の一部と、の間には、絶縁層31が設けられている。
形半導体領域1の他の一部の上には、絶縁部10が設けられている。絶縁部10は、X−Y面に沿って、n形半導体領域2およびp形半導体領域3の周りに設けられている。
絶縁部10の−Z方向の端部は、n形半導体領域1に接している。ただし、絶縁部10の−Z方向の端部と、n形半導体領域1と、の間に、n形半導体領域2の一部が設けられていてもよい。
半導体部18は、絶縁部10の周りに、X−Y面に沿って設けられている。半導体部18は、n形半導体領域1に接しておらず、n形半導体領域1と離間して設けられている。すなわち、n形半導体領域2からp形半導体領域3に向かう方向(Z方向)において、n形半導体領域1と半導体部18との間には、スペースSPが設けられている。このため、半導体部18は、カソード電極21とアノード電極22との間に設けられた各半導体領域と電気的に分離されており、浮遊電位を有している。なお、半導体部18は、絶縁部10の周りにおいて、複数に分断されて設けられていてもよい。
次に、図3を用いて、絶縁部10および半導体部18の構造をより具体的に説明する。
図3は、図2の一部を拡大した断面図である。
絶縁部10は、図2および図3に表すように、絶縁層11と、絶縁領域12と、を有する。
絶縁層11は、n形半導体領域1、n形半導体領域2、およびp形半導体領域3と接している。絶縁層11は、X−Y面に沿って、n形半導体領域1の一部、n形半導体領域2、およびp形半導体領域3の周りに設けられている。
絶縁領域12は、X−Y面に沿って、絶縁層11の一部の周りに設けられている。そして、絶縁層11の他の一部が、X−Y面に沿って、絶縁領域12の周りに設けられている。すなわち、絶縁領域12の上面以外は絶縁層11に囲まれている。
半導体部18は、X−Y面に沿って、絶縁層11および絶縁領域12の周りに設けられている。半導体部18は、X方向およびY方向において、絶縁層11および絶縁領域12を介してn形半導体領域2と対面している。半導体部18は、さらに、p形半導体領域3およびp形半導体領域4と対面していてもよい。
半導体部18は、Z方向における端部である、第1端部181および第2端部182を有する。第2端部182は、Z方向において、第1端部181とn形半導体領域1との間に位置している。
ここで、第1端部181とn形半導体領域1との間のZ方向における距離をD1とし、第2端部182とn形半導体領域1との間のZ方向における距離をD2とする。
また、p形半導体領域3の上面(p形半導体領域4の上面)とn形半導体領域1との間のZ方向における距離をD3とし、半導体部18のZ方向における長さをL1とする。
図4は、第1実施形態に係る半導体装置100の特性を例示するグラフである。具体的には、D2/D1およびL1/D3を変化させたときの、半導体装置100の耐圧の変化を表すシミュレーション結果である。
図4において、横軸は、D2/D1を表し、縦軸は、半導体装置の耐圧を表している。また、グラフ中のそれぞれの点は、L1/D3が以下のそれぞれの値である場合についての耐圧を表している。すなわち、正方形は0.69、ひし形は0.65、三角は0.55、アスタリスクは0.45、丸は0.35の場合の耐圧を表している。
図4から、D2/D1が約0.4以下の範囲においては、D2/D1が大きくなるほど、半導体装置の耐圧が向上していることがわかる。また、D2/D1が約0.3以下の範囲では、図4における一点鎖線で表されるように、D2/D1が増加するにつれて耐圧がほぼ線形に増加していることがわかる。なお、当該一点鎖線は、D2/D1が0.059かつ耐圧が695.4Vの点と、D2/D1が0.319かつ耐圧が871.5Vの点と、を結んだ直線である。
一方で、半導体部18が設けられておらず、半導体部18以外は半導体装置100と同様の構造を有する、比較例に係る半導体装置についてシミュレーションを行ったところ、耐圧は740Vであった。
ここで、図4に表された一点鎖線は、以下の式(1)で表される。
V=677×(D2/D1)+655 ・・・(1)
なお、Vは、半導体装置の耐圧を表している。また、小数点以下の数値については、省略されている。
式(1)に、比較例に係る半導体装置の耐圧である740Vを代入すると、D2/D1の値として、約0.125が算出される。この結果から、D2/D1が0.125以上であれば、比較例に係る半導体装置の耐圧よりも大きな耐圧を有する半導体装置が得られることがわかる。
次に、図5〜図12を参照して、半導体装置100の製造方法の一例について説明する。
図6および図10は、本実施形態に係る半導体装置100の製造工程を表す工程平面図である。図5、図7〜図9、図11、および図12は、本実施形態に係る半導体装置100の製造工程を表す工程断面図である。
なお、図7は、図6のA−A´断面を表している。図11は、図10のA−A´断面を表している。図5、図8、図9、および図11は、図6および図10のA−A´線が付された位置に対応する位置における断面図である。
まず、n形の半導体基板S(以下、基板Sという)を用意する。基板Sの主成分は、シリコン(Si)である。基板Sの主成分は、ガリウムヒ素、炭化シリコン、または窒化ガリウムなどであってもよい。
以下の説明では、基板Sの主成分がSiである場合について、説明する。
基板Sの上に、リンまたはヒ素などのn形不純物を添加しながらSiをエピタキシャル成長させることで、n形半導体層2aを形成する。続いて、n形半導体層2aの上に、ボロンなどのp形不純物を添加しながらSiをエピタキシャル成長させることで、p形半導体層3aを形成する。p形半導体層3aの上に、絶縁層を形成し、この絶縁層をパターニングすることで、絶縁層31aおよび絶縁層32が形成される。このときの様子を図5に表す。
次に、図6および図7に表すように、n形半導体層2aおよびp形半導体層3aに開口OP1を形成する。開口OP1は、例えば、図6および図7に表すように、基板Sに達している。この工程により、n形半導体層2aおよびp形半導体層3aが複数に分断され、図1〜図3に表す、n形半導体領域2およびp形半導体領域3が得られる。
開口OP1は、フォトリソグラフィ法およびRIE(Reactive Ion Etching)法を用いて形成される。図6に表すように、開口OP1は、n形半導体層2aの一部およびp形半導体層3aの一部を、X−Y面に沿って囲うように環状に形成される。
次に、熱酸化を行うことで、開口OP1の内壁に絶縁層11として酸化シリコン膜を形成する。この工程により、開口OP1の内壁に露出したSiのダングリングボンドが終端化される。熱酸化を行う前に、CDE(Chemical Dry Etching)法またはウェットエッチング法により、RIE法によってダメージが生じた部分を除去してもよい。
次に、図8に表すように、絶縁層11が形成された開口OP1の内部に酸化シリコンなどの絶縁材料を埋め込み、絶縁領域12を形成する。絶縁層31aの上に堆積した余剰な絶縁材料は、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法を用いて除去することができる。
次に、p形半導体領域3の一部を露出させるように、絶縁層31aの一部を除去する。このとき同時に、絶縁層32を除去する。続いて、不図示のマスクを用いてp形半導体領域3に部分的にp形不純物をイオン注入することで、p形半導体領域4を形成する。続いて、p形半導体領域4の上に金属層を形成し、この金属層をパターニングすることで、図9に表すように、アノード電極22が形成される。
次に、絶縁部10の少なくとも一部、アノード電極22、および絶縁層31を覆う不図示のマスクを形成する。続いて、このマスクを用いて、RIE法により、複数の開口OP1で区画された、n形半導体層2aおよびp形半導体層3aのうち、n形半導体領域2およびp形半導体領域3以外の部分を除去する。
このとき、絶縁部10の周りに半導体部18を形成しつつ、n形半導体層2aの一部およびp形半導体層3aの一部を除去する。このような工程は、例えば、ボッシュ(BOSCH)プロセスを用いて行われる。
具体的には、まず、不図示のマスクを用いて、p形半導体層3aの一部をエッチングする。エッチングには、SFなどのフッ化硫黄ガスを用いることができる。次に、Cなどのフッ化炭素ガスを用いて、絶縁部10の側壁に保護膜を形成する。続いて、マスクで覆われていない領域に堆積した保護膜を除去し、再度、p形半導体層3aの一部をエッチングする。この後、再び、絶縁部10の側壁に保護膜の形成を行う。これらの手順を繰り返し、n形半導体層2aの一部およびp形半導体層3aの一部を除去することで、開口OP2が形成される。
このとき、半導体部18が設けられる位置において、X方向およびY方向におけるエッチングレート(すなわち、等方性エッチング成分)を小さくすることで、n形半導体領域2の一部が除去されずに残り、半導体部18が形成される。または、半導体部18が設けられる位置に形成される保護膜の膜厚を、他の位置に形成される保護膜の膜厚よりも厚くすることで、n形半導体領域2の一部が除去されずに残り、半導体部18が形成される。開口OP2および半導体部18が形成されたときの様子を図10および図11に表す。
次に、基板Sが所定の厚みになるまで、基板Sの裏面を研磨する。続いて、図12に表すように、基板Sの裏面上にカソード電極21aを形成する。その後、図12の破線で表す位置でダイシングを行い、基板Sおよびカソード電極21aを複数に分断することで、図1〜図3に表す半導体装置100が得られる。ダイシングの方法としては、ブレードを用いたメカニカルダイシングや、レーザーダイシング、RIE技術を用いたプラズマダイシングなどを用いることができる。
次に、本実施形態による作用および効果について、図13を参照しつつ説明する。
図13は、第1実施形態に係る半導体装置100の特性を例示する拡大断面図である。具体的には、図13における破線は、アノード電極22に、カソード電極21に対して正の電圧が印加されている状態における等電位線を模式的に表したものである。
図13に表されるように、等電位線は、n形半導体領域2とp形半導体領域3のpn接合面に沿って広がる。pn接合面に沿って広がる等電位線は、絶縁層11とn形半導体領域2の接触面に対してほぼ垂直に交差する。そして、等電位線の一部は、p形半導体領域3に沿ってアノード電極22側に曲がり、等電位線の他の一部は、半導体部18の第2端部182と、n形半導体領域1と、の間を通るように、カソード電極21側に曲がる。
これは、アノード電極22に電圧が印加された際、アノード電極22の電位が高くなるにつれて、半導体部18の電位も高くなるためである。
一方で、半導体部18が設けられていない比較例に係る半導体装置の場合、より多くの等電位線が、絶縁部10において、p形半導体領域3に沿ってアノード電極22側に曲がる。このため、n形半導体領域2とp形半導体領域3とのpn接合面のうち端に位置する部分P1における電界強度が高くなる。
すなわち、半導体部18が設けられた本実施形態に係る半導体装置によれば、p形半導体領域3に沿ってアノード電極22側に曲がる等電位線を減らし、部分P1における電界強度を低減させることができる。この結果、半導体装置の耐圧を向上させることが可能となる。
このとき、図4の説明で述べたように、D2/D1が0.125以上であることが望ましい。より望ましくは、D2/D1は0.25以上である。これは、図4に表されるように、D2/D1が0.25以上において800V以上のより好ましい耐圧が得られるためである。
(第2実施形態)
図14は、第2実施形態に係る半導体装置200の断面図である。
半導体装置200は、例えば、MOSFETである。
半導体装置200は、n形のドレイン領域1(第1半導体領域)と、n形半導体領域2(第2半導体領域)と、p形のベース領域3(第3半導体領域)と、n形ソース領域5(第4半導体領域)と、ゲート絶縁層6と、ゲート電極7と、絶縁層11と、絶縁領域12と、ドレイン電極21と、ソース電極22と、絶縁層31と、を有する。
図14は、半導体装置200のX−Z断面における様子であり、半導体装置200のY−Z断面における構造は、例えば、図14に表すX−Z断面における構造と同じである。
本実施形態において、n形ドレイン領域1、n形半導体領域2、絶縁部10、ドレイン電極21、およびソース電極22の構造については、例えば、第1実施形態におけるn形半導体領域1、n形半導体領域2、絶縁部10、カソード電極21、およびアノード電極22と同様の構造を採用可能である。
p形ベース領域3は、n形半導体領域2のうちに選択的に設けられている。n形ソース領域5は、p形ベース領域3の上に選択的に設けられている。X方向において、ゲート電極7と、n形半導体領域2の一部、p形ベース領域3、およびn形ソース領域5の一部と、の間には、ゲート絶縁層6が設けられている。
ソース電極22は、p形ベース領域3の上およびn形ソース領域5の上に設けられ、n形ソース領域5と電気的に接続されている。ゲート電極7とソース電極22との間には絶縁層が設けられ、ゲート電極7は、ソース電極22と電気的に分離されている。
絶縁部10は、X−Y面に沿って、n形半導体領域2およびp形ベース領域3の周りに設けられている。半導体部18は、X−Y面に沿って、絶縁部10の周りに設けられている。
ドレイン電極21に、ソース電極22に対して正の電圧が印加された状態で、ゲート電極7に閾値以上の電圧が加えられることで、MOSFETがオン状態となる。このとき、p形ベース領域3のゲート絶縁層6近傍の領域にチャネル(反転層)が形成される。
本実施形態によれば、第1実施形態と同様に、半導体部18が設けられることで、半導体装置の耐圧を向上させることが可能となる。
なお、図14に表す例において、半導体装置200は、ゲート電極7が半導体層中に設けられたトレンチ型MOSFETであるが、ゲート電極7が半導体層の表面上に設けられたプレーナ型MOSFETであってもよい。半導体装置200がプレーナ型MOSFETである場合、n形半導体領域2の一部、p形ベース領域3、およびn形ソース領域5の一部の上に、ゲート絶縁層6を介してゲート電極7が設けられる。
または、半導体装置200は、IGBTであってもよい。半導体装置200がIGBTである場合、半導体装置200は、カソード電極21とn形半導体領域1との間に設けられたp形半導体領域をさらに有する。
以上で説明した各実施形態における、各半導体領域の間の不純物濃度の相対的な高低については、例えば、SCM(走査型静電容量顕微鏡)を用いて確認することが可能である。なお、各半導体領域におけるキャリア濃度は、各半導体領域において活性化している不純物濃度と等しいものとみなすことができる。従って、各半導体領域の間のキャリア濃度の相対的な高低についても、SCMを用いて確認することができる。
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、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、変更などを行うことができる。実施形態に含まれる、例えば、n形半導体領域、n形半導体領域、p形半導体領域、p形半導体領域、p形ベース領域、n形ソース領域、カソード電極、およびアノード電極などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の技術から適宜選択することで可能である。これら実施形態やその変形例は、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とその均等の範囲に含まれる。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。
100、200…半導体装置 1…n形半導体領域 2…n形半導体領域 3…p形半導体領域 4…p形半導体領域 10…絶縁部 11…絶縁層 12…絶縁領域 18…半導体部

Claims (5)

  1. 第1導電形の第1半導体領域と、
    前記第1半導体領域の上に設けられ、前記第1半導体領域の第1導電形のキャリア濃度よりも低い第1導電形のキャリア濃度を有する、第1導電形の第2半導体領域と、
    前記第2半導体領域の上に設けられた第2導電形の第3半導体領域と、
    前記第2半導体領域に接し、前記第1半導体領域および前記第2半導体領域の周りに設けられた絶縁部と、
    前記絶縁部の周りに設けられ、前記第1半導体領域と接していない半導体部と、
    を備えた半導体装置。
  2. 前記第1半導体領域と前記半導体部との間にスペースが設けられた請求項1記載の半導体装置。
  3. 前記半導体部は、前記第1方向における第1端部および第2端部を有し、
    前記第2端部は、前記第1方向において、前記第1端部と前記第1半導体領域との間に位置し、
    前記第1方向における前記第1端部と前記第1半導体領域との間の距離をD1とし、
    前記第1方向における前記第2端部と前記第1半導体領域との間の前記第1方向における距離をD2とした場合、
    D2/D1は、0.125以上である請求項2記載の半導体装置。
  4. 前記第2半導体領域の上に選択的に設けられた第1導電形の第4半導体領域と、
    ゲート電極と、
    前記ゲート電極と前記第2半導体領域との間に設けられたゲート絶縁層と、
    をさらに備えた請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体装置。
  5. 第1導電形の第1半導体領域と、
    前記第1半導体領域の一部の上に設けられ、前記第1半導体領域の第1導電形のキャリア濃度よりも低い第1導電形のキャリア濃度を有する、第1導電形の第2半導体領域と、
    前記第2半導体領域の上に設けられた第2導電形の第3半導体領域と、
    前記第2半導体領域に接し、前記第1半導体領域および前記第2半導体領域の周りに設けられた絶縁部と、
    前記絶縁部の周りに設けられ、前記第1半導体領域と電気的に分離された半導体部と、
    を備えた半導体装置。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018092968A (ja) * 2016-11-30 2018-06-14 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置、rc−igbt及び半導体装置の製造方法
US11081554B2 (en) * 2017-10-12 2021-08-03 Semiconductor Components Industries, Llc Insulated gate semiconductor device having trench termination structure and method

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4198251B2 (ja) 1999-01-07 2008-12-17 三菱電機株式会社 電力用半導体装置およびその製造方法
JP3971062B2 (ja) 1999-07-29 2007-09-05 株式会社東芝 高耐圧半導体装置
KR100805210B1 (ko) 2000-07-19 2008-02-21 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 전극이 있는 기판 및 그 제조방법
US6555873B2 (en) 2001-09-07 2003-04-29 Power Integrations, Inc. High-voltage lateral transistor with a multi-layered extended drain structure
US6635544B2 (en) 2001-09-07 2003-10-21 Power Intergrations, Inc. Method of fabricating a high-voltage transistor with a multi-layered extended drain structure
JP4097417B2 (ja) * 2001-10-26 2008-06-11 株式会社ルネサステクノロジ 半導体装置
US8461648B2 (en) 2005-07-27 2013-06-11 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor component with a drift region and a drift control region
EP2261992A3 (de) * 2005-07-27 2011-02-23 Infineon Technologies Austria AG Halbleiterbauelement mit einer Driftzone und einer Driftsteuerzone
US20080017897A1 (en) 2006-01-30 2008-01-24 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device and method of manufacturing same
JP5243773B2 (ja) 2006-12-12 2013-07-24 株式会社豊田中央研究所 静電気保護用半導体装置
JP5298432B2 (ja) 2007-01-31 2013-09-25 富士電機株式会社 半導体装置およびその製造方法
US7781310B2 (en) 2007-08-07 2010-08-24 Semiconductor Components Industries, Llc Semiconductor die singulation method
JP2011044508A (ja) 2009-08-19 2011-03-03 Toshiba Corp 電力用半導体装置
US8384151B2 (en) * 2011-01-17 2013-02-26 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor device and a reverse conducting IGBT
JP5886548B2 (ja) 2011-07-11 2016-03-16 株式会社豊田中央研究所 半導体装置

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