JP4375439B2 - ジャンクションバリアショットキーダイオードを備えた炭化珪素半導体装置 - Google Patents

ジャンクションバリアショットキーダイオードを備えた炭化珪素半導体装置 Download PDF

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Description

本発明は、炭化珪素(以下、SiCという)を用いて構成されたジャンクションバリアショットキーダイオード(以下、JBSという)を備えるSiC半導体装置に関するものである。
従来より、ショットキーバリアダイオード(以下、SBDという)では、ショットキー電極と半導体と界面において、電極材料となる金属と半導体との仕事関数差が小さいため、物性上、PNダイオードと比べて逆方向電圧印加時のリーク電流が大きくなるという問題を有している。
これに対し、従来、特許文献1において、ショットキー接合の一部にPNダイオードを作り込み、逆方向電圧印加時のリーク電流を抑制する構造が提案されている。図8は、特許文献1に提案されているJBSを備えた半導体装置の断面構造を示したものである。この図に示されるように、ショットキー電極J1とn-型ドリフト層J2とが接触する領域、つまり終端構造(外周耐圧領域)を構成するリサーフ層J3よりも内側に、ドリフト層J2の表面部や内部にストライプ状に延設されたp型層J4を配置することで、ショットキー接合の一部にPNダイオードを作り込んだJBSとしている。
特開2000−294804号公報
しかしながら、上記特許文献1に示されるJBSでは、p型層J4がリサーフ層J3と同じ深さとされているため、サージ発生時に空乏層の広がりが図中破線で示したような状態となり、p型層J4が配置された領域において空乏層がp型層J4側に近づいた状態となる。このため、サージ発生時に、図中の点Bの場所、つまりp型層J4とリサーフ層J3との境界位置において電界集中が発生し易くなり、素子破壊に至るという問題が発生する。
本発明は上記点に鑑みて、サージ発生時に電界集中による素子破壊を防止できるJBSを備えたSiC半導体装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明では、絶縁膜(3)の開口部(3a)を通じて、ドリフト層(2)の表面とショットキー接触するように形成されたショットキー電極(4)と、基板(1)の裏面(1b)に形成されたオーミック電極(5)とを備えてなるショットキーバリアダイオード(10)がセル部に形成されている共に、ドリフト層(2)の表層部において、セル部を囲むように形成された第2導電型のリサーフ層(6)を含む終端構造がセル部の外周領域に形成され、さらに、リサーフ層(6)の内側となるショットキー電極(4)のうちドリフト層(2)と接する領域の下方に、ドリフト層(2)の表面においてショットキー電極(4)と接続されるように、かつ、互いに離間するように配置された複数の第2導電型層(8)が形成され、複数の第2導電型層(8)とドリフト層(2)とによりPNダイオードが構成されたジャンクションバリアショットキーダイオードを備えた炭化珪素半導体装置において、複数の第2導電型層(8)は、リサーフ層(6)よりも深く形成されており、かつ、ショットキー電極(4)のうちドリフト層(2)と接する領域の中心部側に配置されるものの方が外周部側に配置されるものと比べて、中心部を中心とした径方向の寸法が大きくされていることを特徴としている。
このように、複数の第2導電型層(8)に関して、ショットキー電極(4)のうちドリフト層(2)と接する領域の中心部側に配置されるものの方が外周部側に配置されるものと比べて、中心部を中心とした径方向の寸法が大きくされるようにしている。このため、中心部においてサージ電流が流れる際の第2導電型領域(8)の断面積を大きくして抵抗値を下げることができ、第2導電型領域(8)のうち中心部寄りの部分に多くのサージ電流が流れるようにできる。これにより、終端構造と第2導電型領域(8)との境界位置で電界集中し難くなる構造にでき、より高いサージ耐圧を得ることが可能となる。
また、複数の第2導電型層(8)がリサーフ層(6)よりも深く形成されることにより、複数の第2導電型層(8)の下方位置において電界集中を受けることになり、PNダイオード部の広い範囲でサージ電流を流せるようにできる。このため、高いサージ耐圧を得ることが可能となる。
この場合、ショットキー電極(4)のうちドリフト層(2)と接する領域の中心部に近づくに連れて、中心部を中心とした径方向の寸法が大きくなるように複数の第2導電型層(8)を構成すると好ましい。
さらに、複数の第2導電型層(8)は、ショットキー電極(4)のうちドリフト層(2)と接する領域の中心部に配置されたものの方が該中心部よりも外側に配置されたものよりも深く形成されるようにすることもできる
このようにすれば、ショットキー電極(4)のうちドリフト層(2)と接する領域の中心部において、空乏層の高電界領域をよりドリフト層(2)の深い位置に下げることが可能となる。これにより、終端構造と複数の第2導電型層(8)との境界位置でより電界集中がし難くなる構造にでき、より高いサージ耐圧を得ることが可能となる。
また、複数の第2導電型層(8)は、少なくともショットキー電極(4)のうちドリフト層(2)と接する領域の中心部において、深さが均一とされていると好ましい。
これにより、複数の第2導電型層(8)のうち深さが均一とされている部分全面において電界集中を受けることになり、PNダイオード部の広い範囲でサージ電流を流せるようにできる。このため、高いサージ耐圧を得ることが可能となる。
このような複数の第2導電型層(8)としては、例えば、ショットキー電極(4)のうちドリフト層(2)と接する領域の中心に位置する中心部(8a)と、該中心部(8a)を中心として囲むように配置されていると共に該中心部(8a)を中心として点対称とされた複数の環状部(8b〜8d)とを有した構造とし、複数の環状部(8b〜8d)の最も中心部(8a)の外周側に配置されるものを外周部(8d)とすると、中心部(8a)を中心として径方向に切断した断面において、複数の環状部(8b、8c)のうち中心部(8a)と外周部(8d)の間に位置する内周部(8b、8c)が、中心部(8a)と外周部(8e)の間で対称となる形状とすることができる。
この場合、複数の第2導電型層(8)は、中心部(8a)を中心とした同心円状に並べたレイアウトとしても良いし、中心部(8a)を角を丸めた正多角形とし、環状部(8b〜8e)も中心部(8a)と同じ角を丸めた正多角形としたレイアウトとしても良い。
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について説明する。図1に、本実施形態にかかるJBSを備えたSiC半導体装置の断面図を示す。また、図2に、図1に示すSiC半導体装置の上面レイアウト図を示す。図1は、図2のA−A断面に相当する断面図である。以下、これらを参照して、本実施形態のSiC半導体装置について説明する。
図1に示すように、SiC半導体装置は、例えば2×1018〜1×1021cm-3程度不純物濃度とされた炭化珪素からなるn+型基板1を用いて形成されている。n+型基板1の上面を主表面1a、主表面1aの反対面である下面を裏面1bとすると、主表面1a上には、基板1よりも低いドーパント濃度、例えば5×1015(±50%)cm-3程度不純物濃度とされた炭化珪素からなるn-型ドリフト層2が積層されている。これらn+型基板1およびn-型ドリフト層2のセル部にSBD10が形成されていると共に、その外周領域に終端構造が形成されることでSiC半導体装置が構成されている。
具体的には、n-型ドリフト層2の表面には、セル部において部分的に開口部3aが形成されたシリコン酸化膜などで構成された絶縁膜3が形成され、この絶縁膜3の開口部3aにおいてn-型ドリフト層2と接触するように、例えばMo(モリブデン)もしくはTi(チタン)にて構成されたショットキー電極4が形成されている。絶縁膜3に形成された開口部3aは、図2に示すように円形状とされており、ショットキー電極4はこの円形状の開口部3aにおいてn-型ドリフト層2にショットキー接続されている。そして、n+型基板1の裏面と接触するように、例えばNi(ニッケル)、Ti、Mo、W(タングステン)等により構成されたオーミック電極5が形成されている。これにより、SBD10が構成されている。
また、SBD10の外周領域に形成された終端構造として、ショットキー電極4の両端位置において、ショットキー電極4と接するように、n-型ドリフト層2の表層部にp型リサーフ層6が形成されていると共に、p型リサーフ層6の外周をさらに囲むように複数個のp型ガードリング層7等が配置され、終端構造が構成されている。p型リサーフ層6は、例えばAlを不純物として用いて構成されたものであり、例えば、5×1016〜1×1018cm-3程度の不純物濃度で構成されている。これらp型リサーフ層6やp型ガードリング層7は、図2に示すようにセル部を囲むように円環状とされ、これらを配置することにより、SBD10の外周において電界が広範囲に延びるようにでき、電界集中を緩和できるため、耐圧を向上させることができる。
さらに、終端構造を構成する部分のうち最もセル部側に位置しているp型リサーフ層6の内側(内周側)の端部よりもさらに内側に、ショットキー電極4と接するように構成されたp型層8が形成されることで、p型層8とn-型ドリフト層2によるPNダイオードが作り込まれたJBSを構成している。p型層8は、図2に示すように、セル部の外縁(ショットキー電極4の外縁)に沿うような円環状とされ、ショットキー電極4のうちn-型ドリフト層2と接触する領域の中心に位置する円形状の中心部8aを中心として、同心円状に複数個(本実施形態では3個)の円環状部8b〜8dが配置されている。また、複数のp型層8のうちの最も外周側に位置する外周部8dがp型リサーフ層6の内側の端部と接触もしくはリサーフ層6の内部に含まれるように配置されている。そして、中心部8aと外周部8dとの間に配置される内周部8b、8cが、中心部8aを中心とする径方向に切断する断面において、対称的に配置されるように、各p型層8a〜8dが等しい間隔W1だけ空けた配置とされ、かつ、ショットキー電極4のうちn-型ドリフト層2と接触する領域の中心部に近づくほどp型層8a〜8dの幅、つまりn+型基板1の平面方向の寸法が広くなるようにしている。このようなp型層8は、例えば、5×1017〜1×1020cm-3程度の不純物濃度で構成され、各p型層8の間隔W1が2.0±0.5μm程度とされている。
このようにすれば、中心部においてサージ電流が流れる際のp型層8の断面積を大きくして抵抗値を下げることができるため、中心部のp型層8に多くのサージ電流が流れるようにできる。これにより、終端構造とp型層8との境界位置で電界集中し難くなる構造にでき、より高いサージ耐圧を得ることが可能となる。
このような構造のJBSを備えたSiC半導体装置では、ショットキー電極4をアノードとオーミック電極5をカソードとして、ショットキー電極4に対してショットキー障壁を超える電圧を印加すると、ショットキー電極4とオーミック電極の間に電流が流れる。
一方、外周部領域に関しては、オフ時にショットキー電極4の下方に配置した複数個のp型層8からn-型ドリフト層2に向かって伸びる空乏層により、p型層8に挟まれたn-型ドリフト層2が完全空乏化する。このため、逆方向電圧印加時のリーク電流を低減することが可能となる。
このとき、本実施形態では、ショットキー電極4のうちn-型ドリフト層2と接触する領域の中心部に近づくほどp型層8a〜8dの幅、つまりn+型基板1の平面方向の寸法が広くなるようにしている。このため、中心部においてサージ電流が流れる際のp型層8の断面積を大きくして抵抗値を下げることができ、p型層8のうち外周部8dよりも中心部8a寄りの部分に多くのサージ電流が流れるようにできる。これにより、終端構造とp型層8との境界位置で電界集中し難くなる構造にでき、より高いサージ耐圧を得ることが可能となる。
次に、本実施形態にかかるSiC半導体装置の製造方法について説明する。図3は、図1に示すSiC半導体装置の製造工程を示した断面図である。なお、図3中では図を簡略化してp型ガードリング層7を省略してある。
まず、図3(a)に示す工程では、n+型基板1の主表面1aにn-型ドリフト層2をエピタキシャル成長させる。続いて、図3(b)に示す工程では、LTO(low-temperature oxide)等で構成されたマスク11を配置したのち、フォトリソグラフィ・エッチング工程にてマスク11のうちp型リサーフ層6およびp型ガードリング層7の形成予定領域を開口させる。そして、このマスク11を用いて例えばAlなどのp型不純物をイオン注入し、熱処理などによって活性化することでp型リサーフ層6およびp型ガードリング層7を形成する。
次に、図3(c)に示す工程では、マスク11を除去したのち、再びLTO等で構成されたマスク12を配置し、フォトリソグラフィ・エッチング工程にてマスク12のうちp型層8の形成予定領域を開口させる。そして、このマスク12を用いて例えばAlなどのp型不純物をイオン注入し、熱処理などによって活性化することでp型層8を形成する。なお、ここでは図3(b)に示す工程と図3(c)に示す工程を別工程としたが、マスク11、12を1つのマスクとし、このマスクのうちp型リサーフ層6、p型ガードリング層7およびp型層8の形成予定領域を開口させたのち、マスク上からp型不純物をイオン注入すると共に活性化することでp型リサーフ層6、p型ガードリング層7およびp型層8を同時に形成することもできる。
その後、図3(d)に示す工程では、マスク12を除去したのち、n+型基板1の裏面1b側にニッケル、チタン、モリブデン、タングステン等により構成される金属層を形成することにより、オーミック電極5を形成する。さらに、例えば、犠牲酸化でSiC表面を清浄化した後、プラズマCVDによりシリコン酸化膜を成膜したのち、これをリフロー処理することで絶縁膜3を成膜し、フォトリソグラフィ・エッチング工程を経て、絶縁膜3に対して開口部3aを形成する。
そして、図3(e)に示す工程では、開口部3a内を含めて絶縁膜3の上にMoもしくはTiで構成される金属層を形成したのち、この金属層をパターニングすることでショットキー電極4を形成する。これにより、図1に示したJBSを備えたSiC半導体装置が完成する。
以上説明したように、本実施形態のSiC半導体装置では、ショットキー電極4のうちn-型ドリフト層2と接触する領域の中心部に近づくほどp型層8a〜8dの幅、つまりn+型基板1の平面方向の寸法が広くなるようにしている。このため、中心部においてサージ電流が流れる際のp型層8の断面積を大きくして抵抗値を下げることができ、p型層8のうち外周部8dよりも中心部8a寄りの部分に多くのサージ電流が流れるようにできる。これにより、終端構造とp型層8との境界位置で電界集中がし難くなる構造にでき、より高いサージ耐圧を得ることが可能となる。
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。図4は、本実施形態にかかるJBSを備えたSiC半導体装置の断面図である。本実施形態は、p型層8の形状を第1実施形態に対して変更したものであり、その他に関しては、第1実施形態と同様である。
図4に示すように、本実施形態では、終端構造を構成するp型リサーフ層6やp型ガードリング層7よりも深くなるように各p型層8を形成している。例えば、各p型層8の深さは、0.7〜1.5μm程度とされ、p型リサーフ層6やp型ガードリング層7よりも0.2〜1.0μm程度深くされている。
このような構成においては、各p型層8が終端構造を構成するp型リサーフ層6やp型ガードリング層7よりも深くされているため、定格以上の電圧または電流が印加された、所謂サージ発生時におけるSBD10近傍の空乏層が図5に示す断面図のようになる。このように、p型層8が形成された領域において空乏層がn-型ドリフト層2の深い位置となり、図8に示した従来の空乏層と比較して、ショットキー電極4から離れた位置に移動させることが可能となる。これにより、図5の領域Rで示したp型層8の下方位置全面において電界集中を受けることになり、PNダイオード部に全体でほぼ均等にサージ電流を流せるようにできるため、高いサージ耐圧を得ることが可能となる。したがって、より高いサージ耐圧を得ることが可能となる。
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態について説明する。図6は、本実施形態にかかるJBSを備えたSiC半導体装置の断面図である。本実施形態は、p型層8の深さを第1、第2実施形態に対して変更したものであり、その他に関しては、第1、第2実施形態と同様である。
図6に示すように、本実施形態では、ショットキー電極4のうちn-型ドリフト層2と接触する領域の中心部に近づくほどp型層8の深さが深くなるようにしている。そして、中心部近傍ではp型層8の深さが揃えられた状態とされている。このようにすれば、ショットキー電極4のうちn-型ドリフト層2と接触する領域の中心部において、空乏層をよりn-型ドリフト層2の深い位置に下げることが可能となる。これにより、終端構造とp型層8との境界位置でより電界集中がし難くなる構造にでき、より高いサージ耐圧を得ることが可能となる。
なお、本実施形態のSiC半導体装置の製造方法は、基本的には第1実施形態と同様であるが、図3(c)に示す工程において、例えば、深さが異なるp型層8ごとにマスク12を複数個用意し、順番にイオン注入を行えば良い。
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態について説明する。図7は、本実施形態にかかるJBSを備えたSiC半導体装置の上面レイアウト図である。この図のB−B断面が図1、図4および図5に相当する。本実施形態のSiC半導体装置は、第1〜第3実施形態に対してJBSおよび終端構造のレイアウト構成を変更したものであり、その他に関しては第1〜第3実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
図7に示すように、本実施形態では、p型リサーフ層6の内側の端部を角を丸めた正方形とし、各p型層8a〜8dもその形状に合わせて角を丸めた正方形状としている。換言すると、中心部8aが角を丸めた正方形とされ、それを囲むように他のp型層8b〜8dも角を丸めた正方形の枠状とされている。このような構成にしても、上記第1、第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
(他の実施形態)
上記各実施形態では、各図においてp型層8の数の一例を示したが、これに限るものではない。また、第3実施形態において、p型リサーフ層6の内側の端部の形状やp型層8の形状として、角を丸めた正方形を例に挙げて説明したが、その他の角を丸めた正多角形としても構わない。また、p型層8の対称性を高めるために、円形もしくは角を丸めた正方向にてp型層8を形成する場合について説明したが、p型層8が複数個の円形や六角形に分断し、ショットキー電極4のうちn-型ドリフト層2と接触する領域の中心部を中心として各p型層8を対照的に配置すると共に、中心部のp型層8が最も径方向の幅が広く、中心部のp型層8から遠ざかるに連れてp型層8の径方向の幅が狭くなるような構造としても構わない。
また、上記各実施形態では、ショットキー電極4のうちn-型ドリフト層2と接触する領域の中心部に近づくに連れてp型層8a〜8dの幅が徐々に広くなるようにしているが、少なくとも外周部8dよりも中心部8a側の方が広くなっていれば良い。
また、上記実施形態では、第1導電型をn型とし、第2導電型をp型とするSiC半導体装置について説明したが、各導電型を反転させた構造としても良い。
本発明の第1実施形態にかかるJBSを備えたSiC半導体装置の断面図である。 図1に示すSiC半導体装置の上面レイアウト図を示す。 図1に示すSiC半導体装置の製造工程を示した断面図である。 本発明の第2実施形態にかかるJBSを備えたSiC半導体装置の断面図である。 図4に示すSiC半導体装置のサージ発生時の空乏層の広がる様子を示した断面図である。 本発明の第3実施形態にかかるJBSを備えたSiC半導体装置の断面図である。 本発明の第4実施形態にかかるJBSを備えたSiC半導体装置の断面図である。 従来のJBSを備えた半導体装置の断面図である。
符号の説明
1…n+型基板、1a…主表面、1b…裏面、2…n-型ドリフト層、3…絶縁膜、3a…開口部、4…ショットキー電極、5…オーミック電極、6…p型リサーフ層、7…p型ガードリング層、8…p型層、8a…中心部、8b、8c…内周部、8d…外周部、10…SBD、11…マスク、12…マスク

Claims (7)

  1. 主表面(1a)および裏面(1b)を有し、第1導電型の炭化珪素からなる基板(1)と、
    前記基板(1)の前記主表面(1a)上に形成され、前記基板(1)よりも低不純物濃度とされた第1導電型の炭化珪素からなるドリフト層(2)と、
    前記ドリフト層(2)の上に配置され、該ドリフト層(2)におけるセル部に開口部(3a)が形成された絶縁膜(3)と、
    前記セル部に形成され、前記絶縁膜(3)の開口部(3a)を通じて、前記ドリフト層(2)の表面とショットキー接触するように形成されたショットキー電極(4)と、前記基板(1)の裏面(1b)に形成されたオーミック電極(5)とを備えてなるショットキーバリアダイオード(10)と、
    前記セル部の外周領域に形成され、前記ドリフト層(2)の表層部において、前記セル部を囲むように形成された第2導電型のリサーフ層(6)を含む終端構造と、
    前記リサーフ層(6)の内側となる前記ショットキー電極(4)のうち前記ドリフト層(2)と接する領域の下方に、前記ドリフト層(2)の表面において前記ショットキー電極(4)と接続されるように形成され、かつ、互いに離間して配置された複数の第2導電型層(8)とを備え、
    前記複数の第2導電型層(8)と前記ドリフト層(2)とによりPNダイオードが構成され、
    前記複数の第2導電型層(8)は、前記リサーフ層(6)よりも深く形成されており、かつ、前記ショットキー電極(4)のうち前記ドリフト層(2)と接する領域の中心部側に配置されるものの方が外周部側に配置されるものと比べて、前記中心部を中心とした径方向の寸法が大きくされていることを特徴とするジャンクションバリアショットキーダイオードを備えた炭化珪素半導体装置。
  2. 前記複数の第2導電型層(8)は、前記ショットキー電極(4)のうち前記ドリフト層(2)と接する領域の中心部に近づくに連れて、前記中心部を中心とした径方向の寸法が大きくされていることを特徴とする請求項1に記載のジャンクションバリアショットキーダイオードを備えた炭化珪素半導体装置。
  3. 前記複数の第2導電型層(8)は、前記ショットキー電極(4)のうち前記ドリフト層(2)と接する領域の中心部に配置されたものの方が該中心部よりも外側に配置されたものよりも深く形成されていることを特徴とする請求項に記載のジャンクションバリアショットキーダイオードを備えた炭化珪素半導体装置。
  4. 前記複数の第2導電型層(8)は、少なくとも前記ショットキー電極(4)のうち前記ドリフト層(2)と接する領域の中心部において、深さが均一とされていることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1つに記載のジャンクションバリアショットキーダイオードを備えた炭化珪素半導体装置。
  5. 前記複数の第2導電型層(8)は、前記ショットキー電極(4)のうち前記ドリフト層(2)と接する領域の中心に位置する中心部(8a)と、該中心部(8a)を中心として囲むように配置されていると共に該中心部(8a)を中心として点対称とされた複数の環状部(8b〜8d)とを有し、前記複数の環状部(8b〜8d)の最も前記中心部(8a)の外周側に配置されるものを外周部(8d)とすると、前記中心部(8a)を中心として径方向に切断した断面において、前記複数の環状部(8b〜8d)のうち前記中心部(8a)と前記外周部(8d)の間に位置する内周部(8b、8c)が、前記中心部(8a)と前記外周部(8d)の間で対称となる形状とされていることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1つに記載のジャンクションバリアショットキーダイオードを備えた炭化珪素半導体装置。
  6. 前記複数の第2導電型層(8)は、前記中心部(8a)を中心とした同心円状に並べられていることを特徴とする請求項に記載のジャンクションバリアショットキーダイオードを備えた炭化珪素半導体装置。
  7. 前記複数の第2導電型層(8)は、前記中心部(8a)が角を丸めた正多角形で構成されていると共に、前記環状部(8b〜8d)も前記中心部(8a)と同じ角を丸めた正多角形とされていることを特徴とする請求項に記載のジャンクションバリアショットキーダイオードを備えた炭化珪素半導体装置。
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Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8432012B2 (en) 2006-08-01 2013-04-30 Cree, Inc. Semiconductor devices including schottky diodes having overlapping doped regions and methods of fabricating same
US7728402B2 (en) 2006-08-01 2010-06-01 Cree, Inc. Semiconductor devices including schottky diodes with controlled breakdown
US8232558B2 (en) * 2008-05-21 2012-07-31 Cree, Inc. Junction barrier Schottky diodes with current surge capability
JP4569698B2 (ja) 2008-06-20 2010-10-27 ソニー株式会社 物体認識装置、物体認識方法及び物体認識方法のプログラム
JP5453867B2 (ja) * 2009-03-24 2014-03-26 株式会社デンソー ショットキーバリアダイオードを備えた炭化珪素半導体装置およびその製造方法
US8193848B2 (en) 2009-06-02 2012-06-05 Cree, Inc. Power switching devices having controllable surge current capabilities
JP5175872B2 (ja) * 2010-01-21 2013-04-03 株式会社東芝 半導体整流装置
JP5598015B2 (ja) * 2010-02-23 2014-10-01 株式会社デンソー ショットキーバリアダイオードを備えた炭化珪素半導体装置およびその製造方法
US9117739B2 (en) 2010-03-08 2015-08-25 Cree, Inc. Semiconductor devices with heterojunction barrier regions and methods of fabricating same
US8415671B2 (en) 2010-04-16 2013-04-09 Cree, Inc. Wide band-gap MOSFETs having a heterojunction under gate trenches thereof and related methods of forming such devices
JP5558901B2 (ja) * 2010-04-28 2014-07-23 株式会社東芝 ダイオード及びその製造方法
US20130140584A1 (en) * 2010-06-02 2013-06-06 Norifumi Kameshiro Semiconductor device
JP5644536B2 (ja) * 2011-01-21 2014-12-24 三菱電機株式会社 電力用半導体装置
JP5306392B2 (ja) * 2011-03-03 2013-10-02 株式会社東芝 半導体整流装置
JP5377548B2 (ja) 2011-03-03 2013-12-25 株式会社東芝 半導体整流装置
US8937319B2 (en) * 2011-03-07 2015-01-20 Shindengen Electric Manufacturing Co., Ltd. Schottky barrier diode
US8664665B2 (en) 2011-09-11 2014-03-04 Cree, Inc. Schottky diode employing recesses for elements of junction barrier array
US8618582B2 (en) * 2011-09-11 2013-12-31 Cree, Inc. Edge termination structure employing recesses for edge termination elements
US8680587B2 (en) 2011-09-11 2014-03-25 Cree, Inc. Schottky diode
WO2013121532A1 (ja) 2012-02-15 2013-08-22 富士電機株式会社 ワイドバンドギャップ半導体装置
US9496344B2 (en) * 2012-03-30 2016-11-15 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device including well regions with different impurity densities
KR101416361B1 (ko) 2012-09-14 2014-08-06 현대자동차 주식회사 쇼트키 배리어 다이오드 및 그 제조 방법
JP6029397B2 (ja) 2012-09-14 2016-11-24 三菱電機株式会社 炭化珪素半導体装置
KR101427948B1 (ko) * 2012-12-18 2014-08-08 현대자동차 주식회사 쇼트키 배리어 다이오드 및 그 제조 방법
JP5888465B2 (ja) * 2013-02-15 2016-03-22 トヨタ自動車株式会社 半導体装置とその製造方法
JP6296445B2 (ja) * 2014-02-10 2018-03-20 ローム株式会社 ショットキーバリアダイオード
JP6126150B2 (ja) * 2015-03-06 2017-05-10 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
JP6745458B2 (ja) * 2015-04-15 2020-08-26 パナソニックIpマネジメント株式会社 半導体素子
JPWO2016185645A1 (ja) * 2015-05-21 2018-03-15 パナソニック株式会社 窒化物半導体装置
JP6400544B2 (ja) * 2015-09-11 2018-10-03 株式会社東芝 半導体装置
CN106898638B (zh) * 2017-01-16 2019-09-10 中国电子科技集团公司第五十五研究所 一种提高浪涌能力的碳化硅肖特基二极管结构及制备方法
CN106847922A (zh) * 2017-01-24 2017-06-13 深圳基本半导体有限公司 一种宽禁带半导体器件
JP2018186160A (ja) 2017-04-25 2018-11-22 パナソニックIpマネジメント株式会社 半導体素子
CN107170836A (zh) * 2017-05-17 2017-09-15 扬州扬杰电子科技股份有限公司 元胞版图、元胞结构及碳化硅结势垒肖特基二极管的制作方法
US20210399143A1 (en) * 2018-12-03 2021-12-23 Macom Technology Solutions Holdings, Inc. Pin diodes with multi-thickness intrinsic regions
US11127737B2 (en) 2019-02-12 2021-09-21 Macom Technology Solutions Holdings, Inc. Monolithic multi-I region diode limiters
EP3931964A1 (en) 2019-02-28 2022-01-05 MACOM Technology Solutions Holdings, Inc. Monolithic multi-i region diode switches
CN111916440A (zh) * 2019-05-07 2020-11-10 创能动力科技有限公司 半导体器件
CN111916441A (zh) * 2019-05-07 2020-11-10 创能动力科技有限公司 半导体器件
CN111785785B (zh) * 2020-08-03 2022-02-22 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 Sbd器件结构及其制备方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02137368A (ja) 1988-11-18 1990-05-25 Toshiba Corp 半導体整流装置
CN1040814C (zh) 1994-07-20 1998-11-18 电子科技大学 一种用于半导体器件的表面耐压区
JP3628613B2 (ja) * 1997-11-03 2005-03-16 インフィネオン テクノロジース アクチエンゲゼルシャフト 半導体構成素子のための耐高圧縁部構造
JP3943749B2 (ja) 1999-02-26 2007-07-11 株式会社日立製作所 ショットキーバリアダイオード
JP4006879B2 (ja) 1999-04-07 2007-11-14 富士電機ホールディングス株式会社 ショットキーバリアダイオードおよびその製造方法
JP3708057B2 (ja) 2001-07-17 2005-10-19 株式会社東芝 高耐圧半導体装置
JP2003158259A (ja) 2001-09-07 2003-05-30 Toshiba Corp 半導体装置及びその製造方法
US20050045982A1 (en) * 2002-03-22 2005-03-03 Krishna Shenai Semiconductor device with novel junction termination
US6855970B2 (en) * 2002-03-25 2005-02-15 Kabushiki Kaisha Toshiba High-breakdown-voltage semiconductor device
US20060006394A1 (en) * 2004-05-28 2006-01-12 Caracal, Inc. Silicon carbide Schottky diodes and fabrication method
CN101405871A (zh) * 2004-11-24 2009-04-08 美高森美公司 用于宽禁带功率器件的结终端结构
JP2006196652A (ja) * 2005-01-13 2006-07-27 Shindengen Electric Mfg Co Ltd SiC半導体素子
US7279390B2 (en) * 2005-03-21 2007-10-09 Semiconductor Components Industries, L.L.C. Schottky diode and method of manufacture
US8901699B2 (en) * 2005-05-11 2014-12-02 Cree, Inc. Silicon carbide junction barrier Schottky diodes with suppressed minority carrier injection
JP4314277B2 (ja) 2007-01-11 2009-08-12 株式会社東芝 SiCショットキー障壁半導体装置

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