JPS60258967A - 絶縁ゲ−ト型電界効果トランジスタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明の年！ 本発明は、絶縁ゲート型電界効宋１〜ランジスタの改良
に関する。

本発明の背景 絶縁ゲート型電界効果１〜ランジスタとして、従来、第
１図を伴なって次に述べる構成を有】るものが提案され
ている。

すなわち、Ｎ型を有しＤつ比較的低い比抵抗を有する半
導体層すなわちＮ＋型の半導体層１と、その半導体層１
上に形成された、Ｎ型を有し且つ半導体層１に比し高い
比抵抗を有する半導体層すなわちＮ−型の半導体＠２と
を有する半導体基板３を有する。

しかして、半導体基板３の半導体層２内に、その半導体
層１側とは反対側から、Ｐ型を有し且つ比較的低い比抵
抗を有する半導体領域４が、半導体層２の半導体層１側
とは反対側に半導体層２による半導体領域５を形成する
ように、例えば環状に形成されている。

また、半導体層４内に、半導体層１側とは反対側から、
Ｎ型を右し１つ比較的低い比抵抗を有するすなわちＮ置
型の半導体領域６が、半導体領域４の半導体層１側とは
反対側に半導体領域４による環状の半導体層Ｉｔ　７を
形成するように、半導体領域４ど同心的に環状に形成さ
れて浸る。

さらに、半導体領域５の半導体層１側とは反対側の而８
と、半導体領域７の半導体層１側とは反対側の面９十と
に、それら間に連続延長している絶縁層１０が形成され
ている。

また、その絶縁層１０上に、それを介して半導体層２と
半導体領域７とに連続対向延長している導電ｔ１層１１
が形成されている。

さらに、半導体領域６の半導体層１側とは反対側の面１
２上と、半導体領域４の半導体層１側とは反対側の面１
３上とに、それら間に連続延長している環状のＩＪ電竹
層１４がオーミックに付されている。

なおさらに、半導体層１の半導体層２側とは反対側の面
１５上に、導電性層１６がオーミックにイ４されている
。

以」ニが、従来提案されている絶縁ゲーｉ〜型電界効果
１ヘランジスタの構成である。

このような構成を有する絶縁ゲー１−」１！電界効果ト
ランジスタによれば、導￥ｉｉＱ層１４及び１−　３　
− ６間に、導電１１６側を正とする比較的低い電圧の電源
を、負荷（図示せず）を通じて接続した状態で、導電性
層１１及び１４間に、導電性層１１側を正とする比較的
＾い電圧を印加すれば、半導体領域７の半導体層１側と
は反対側の絶縁層１０に接する表面側にＮ型の反転層が
形成され、また、半導体領域５の半導体層１側とは反対
側の絶縁層１０に接する表面側に他部に比し電子を多く
蓄積している蓄積層が形成される。この場合、半導体層
２と半導体領域４との間のＰＮ接合１７から、半導体層
２に拡がる空乏層が形成されるが、導電性層１４及び１
６間に印加されるミルが低いので、その空乏層は僅かし
か半導体層２側に拡がらず、また、空乏層が拡がっても
、その空乏層の拡がっている領域内において、絶縁層１
０と接している表面側には上述した蓄ｆｉ層が形成され
ている。

このため、導電性層１６と、半導体層１及び２と、半導
体領域５の表面側に形成されている上述した蓄積層と、
半導体領域７０表面側に形−４− 成されている。ト述した反転層と、半導体領域６と、導
電性層１４とを含む電流路が形成され、従ってその電流
路を通って導電性層１４及び１６間に負荷を介して接続
せる電源から、その負荷に電流が流れるというオン状態
が得られる。

また、導電性層１４及び１６聞に、ＩＪ導電性層１６側
正とする上述したオン状態を得た場合に比し十分高い電
圧の電源を負荷を通じて接続した状態で、導電性層１１
及び１４間に零電圧を印加するかまたはＩＪ導電性層１
１側正または負とする上述したオン状態を得た場合に比
し十分低い電圧を印加すれば、半導体層２ど半導体領域
４との間のＰＮ接合１７から半導体層２側に大きく広が
る空乏層が形成される。しかしながら、半導体領域７の
半導体層１側とは反対側ｐ絶縁層１０に接している表面
側には実質的に上述した反転層が形成されず、また、半
導体領域５の半導体層１側とは反対側の絶縁Ｎ１０に接
している表面側にも実質的に上述した蓄積層が形成され
ない。このため、上述した電流路が形−或°されず、従
って負荷に電流が流れないというオフ状態が得られる。

従って、第１図に示す従来の絶縁ゲート型電界効果トラ
ンジスタによれば、半導体層１及び２をドレイン領域、
半導体領域６をソース領域、半導体領域７をチャンネル
領域、導電性層１１をゲート電極、ＩＪ電竹層１４をソ
ース電極兼バックゲー１−電極、導電性層１６をドレイ
ン電極とする絶縁ゲート型電界効果トランジスタとして
の機能が得られる。

ところで、このような絶縁層としての機能が得られる第
１図に示す従来の絶縁ゲート型電界効果トランジスタの
場合、半導体層１及び２によってドレイン領域が構成さ
れ、そして高い比抵抗を有する半導体領域２が上述した
オフ状態が得られるときに導電性層１４及び１６間に印
加する電圧を十分高い値にすることができるたｉ　めの
半導体領域としても作用している。従って、半導体領域
１の比抵抗を高めれば高める程及び半導体領域１の厚さ
を大にすればする程、上述したオフ状態が得られるとき
に導電性層１４及び１６間に印加する電圧を高くするこ
とができ、よって、絶縁ゲート型電ｙノ効果トランジス
タを高耐圧型に構成することができる。

しかしながら、第１図に示す従来の絶縁ゲート型電界効
果トランジスタの場合、−上述したようにドレイン領域
を構成している半導体領域２の比抵抗を高くし且つ厚さ
を人にづ−れば上述したオン状態が得られるときの上述
した電流路に、高い比抵抗を有する半導体層２が介挿さ
れているので、上述１ノだオン状態が得られているとき
の導電性層１４及び１６間の抵抗が大であり、従って、
−１二述したオン状態が１ｑられているときに多くの電
力が消費される。

よって、第１図に示す従来の絶縁グー！・型電界効果ト
ランジスタの場合、上述したオフ状態が得られるときに
導電性層１４及び１６間に印加する電圧を十分高くして
高耐圧型に構成することと、上述したオン状態が１ｑら
れるどきに小なる消費電力しか伴なわないで構成するこ
とと−７− を（同時に満足させることに一定の限度を有していた。

本発明の開ホ よって、本発明は、上述した限度を大幅に緩和かること
ができる、新規な絶縁ゲーｔ・型電界効果トランジスタ
を提案せんとするものである。

本発明による絶縁ゲート型電界効果トランジスタによれ
ば、第１図で上述した絶縁ゲート型電界効果トランジス
タの場合と同様に、第１の導電型を有する第１の半導体
層と、その第１の半導体層上に形成された、第１の導電
型を有し且つ第１の半導体１に比し高い比抵抗を有する
第２の半導体層とを有し、そして第２の半導体層内に、
第１の半導体層側とは反対側から、第１の導電型とは逆
の第２の導電型を有する第１の半導体領域が形成され、
また、第１の半導体領域内に、第１の半導体層側とは反
対側から、第１の導電型を有する第２の半導体領域が形
成され、さらに、第２の半導体層の第１の半導体層側と
は反対側の第１の面上と、第１の半導体−８− 領域の第１の半導体層側とは反対側の第２の面トとに、
それら間に連続延長している絶縁層が形成され、なおさ
らに、その絶縁層上に、それを介して第２の半導体層と
第１の半導体領域とに連続対向延長しているｆ３１のＩ
Ｊ導電性層形成され、また、第２の半導体領域に第２の
導電Ｐ１層がオーミックに付され、さらに、第１の半導
体層に第３の導電性層がオーミックに付されている構成
を有する。

しかしながら、本発明による絶縁グー１へ型電界効果ト
ランジスタは、このような構成において、第２の半導体
層の第１の半導体層側どは反対側にお【）る上述した絶
縁層と連接づる領域内に、上述した第１の面側から、第
２の半導体層に比し高い比抵抗を有する第３の半導体領
域が形成されている、という構成を有り−る。

このため、本発明による絶縁ゲートケＪ電弄効果トラン
ジスタにＪ：れば、第１図で上述した従来の絶縁グー１
−型電弄効型電界効果トランジスタ、第２の導電性層と
第３の導電性層との間に、第２の半導体層と第１の半導
体領域との間のＰＮ接合から第２の半導体層側に拡がる
空乏層が形成されないか形成されても僅かしか拡がらな
い空乏層しか形成されない電源を接続した状態で、第１
の導電性層と第２の導電性層との間に、第１の半導体領
域の第１の半導体層側とは反対側の上述した絶縁層に接
する表面側に反転層が形成されるとともに第２の半導体
層の第１の半導体層側とは反対側の上述した絶縁層に接
する表面側に蓄積層が形成される電圧を印加すれば、第
３の導電性層と、第１及び第２の半導体層と、第２の半
導体層の表面側に形成されている蓄積層と、第１の半導
体領域の表面側に形成されている反転層と、第２の半導
体領域と、第２の導電性層とを含む電流路が形成され、
従ってオン状態が得られる。

また、第１図で上述した従来の絶縁ゲート型電界効果１
〜ランジスタと同様に、第２の導電性１：： 層と第３の導電ｆ！ｌ一層との間に、第２の半導体層と
第１の半導体領域との間のＰＮ接合から第２の半導体層
側に大なる拡がりで拡がる空乏層が形成される電源を接
続した状態で、第１の導電性層と第２のｇＪ導電性層の
間に第１の半導体領域の第１の半導体層側とは反対側の
上述した絶縁層に接する表面側に反転層が実質的に形成
されないとともに、第２の半導体層の第１の半導体層側
とは反対側の」一連した絶縁層に接する表面側に蓄積層
が実質的に形成されない電圧を印加すれば、上述した電
流路が形成されず、従ってオフ状態が得られる。

しかしイ【がら、本発明による絶縁グーｌ−型電界効果
１〜ランジスタの場合、第２の半導体層の第１の半導体
層側どは反対側における上述した絶縁層に接づ−る領域
内に、」二連した第１の面側から、第２の半導体片に比
し高い比抵抗を有する第３の半導体領域が形成されてい
る。

このため、上述したオフ状態が得られているときに第２
の半導体層と第１の半導体領域との間のＰＮ接合から、
空乏層が第２の半導体層側に拡がるとともに第３の半導
体領域側にも拡が−１１− るが、その第３の半導体領域側に拡がる空乏層内の電界
は、第３の半導体領域が形成されていない場合において
第２の半導体層の第１の半導体層側とは反対側の−Ｆ述
した絶縁層に接する表　゛面側に拡がっている空乏層内
の電界に比し低い。

従って、上述したオフ状態が得られるとぎに第２の導電
性層と第３の導電性層との間に接続する電源の電圧を、
第３の半導体領域を形成していない第１図で上述した従
来の絶縁ゲート型電界効果トランジスタの場合に比し高
くすることができるか、または第２の半導体層の比抵抗
を第１図で上述した従来の絶縁グー１〜型電界効果トラ
ンジスタの場合に比し低くし月つ薄い厚さにすることが
できる。

よって、本発明による絶縁ゲート型電界効果トランジス
タによれば、上述したオフ状態が得られるときに第２及
び第３の導電性層間に印加する電圧を十分高くして高耐
圧型に構成することと、上述したオン状態が得られると
きに小なる消費電力しか伴なわない構成にすることとを
−１２− 同時満足させることに一定の限度を有するのを大幅に緩
和することができる、という特徴を右する。

本発明の好適な実施例 次に、第２図を伴なって本発明による絶縁ゲート型電界
効果１〜ランジスタの実施例を述べにう。

第２図において、第１図との対応部分には同一符号を付
して詳細説明を省略する。

第２図に示ず本発明による絶縁ゲート型電界効果１ヘラ
ンジスタは、第１図で上述した従来の絶縁ゲート型電界
効果トランジスタにおいて、次の事項を除いて、第１図
で上述した従来の絶縁ゲート型電界効宋トランジスタと
同様の構成を有する。

すなわち、ドレイン領域を構成している半導体層２の半
導体領域５内に、半導体層１側とは反対側から、半導体
層２に比し高い比抵抗を有する半導体領域１８が形成さ
れている。

以−トが、本発明による絶縁ゲート型電界効果トランジ
スタの実施例の構成である。

このような構成によれば、それが上述した事項を除いて
、第１図で上述した従来の絶縁グー１〜型電界効果トラ
ンジスタと同様の構成を有するので、詳細説明は省略す
るが、第１図で上述したと同様の絶縁グー１〜型電界効
果］・ランジスタとしての機能が得られる。たゾし、上
述したオン状態が得られるとぎに、半導体領域１Ｂの表
面側に蓄積層が形成される。

しかしながら、第２図による場合、上述したオン状態が
得られるとともに、半導体層２と半導体領域４との間の
ＰＮ接合１７から、空乏層が半導体層２側に拡がるとと
もに、半導体領域１８側にも拡がるが、その半導体領域
１８側に拡がる空乏層内の雷弄は、半導体層内に拡がっ
ている空乏層内の電界よりも高いが、半導体領域１８が
せ形成されていない第１図の場合にお、　ｃｔｓ半導イ
本領域５″）表面（Ｑ！Ｉ　ｌ、：　Ｋ”゛°１°゛６
空乏層内の電界に比し低い。従って、上述したオフ状態
が得られるときに導電性層１４及び１６問に接続する電
源の電圧を、半導体領域１８を形成していない第１図の
場合に比し高くづることができるか、または半導体層の
比抵抗を第１図の場合に仕し低くしｎつ辞い厚ざにする
ことができる。

因みに、上述したオフ状態が得られるときに導電性層１
４及び１６間に印加づる電圧（ドレイン電極（Ｖ））に
対Ｊる上述した空乏層内の高電界領域（本発明の場合半
導体領域１８の表面側、第１図の場合、半導体領域５の
表面側）で衝突電離にｊ：って発生するキャリアＮ＜ｃ
ｍ−’秒−１）の最大１ｎを測定したところ、第１図の
場合と対比して、第３図に示す結果が得られた。

この結果から、本発明の場合、第１図の従来の場合に比
し、ドレイン電極を十分高くすることができることが明
らかであろう。

また、−に連したオフ状態が１ｑられるときに導電性層
１４及び１６間に印加することができるドレイン電極Ｖ
の最大値（耐圧）と、上述したオン状態が１１られると
きのＩＪ電牲層１４及び１−　１５　− ６間でみた抵抗Ｒとの関係を測定したところ、第４図に
示す結果が得られた。た寸し、第４図において、抵抗Ｒ
及び電圧Ｖは、それぞれ１００Ｒ及びｌ０ＧＶで示され
ている。この第４図の結果から、本発明の場合、第１図
の従来の場合に比し、高い耐圧が得られ且つ低い内部抵
抗を有することが明らかであろう。

なお、上述においては、本発明の１つの実施例を示した
に留まり、本発明の精神を脱することなしに、種々の変
型、変更をなし得るであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の絶縁ゲート型電界効果トランジスタを
示す路線的断面図である。 第２図は、本発明による絶縁ゲート型電界効果トランジ
スタの一例を示す路線的断面図である。 １．２・・・・・・・・・・・・・・・半導体層３　・
・・・・・・・・・・・・・・半導体基板４．５．６．
７ −　１６　− ・・・・・・・・・・・・・・・半導体領域８．９、１
３、１５ ・・・・・・・・・・・・・・・面 １０　・・・・・・・・・・・・・・・絶縁層１１、１
４、１６ ・・・・・・・・・・・・・・・ＩＪ電電性出出願人　
日本電信電話公ネ１ 代理人　弁理士　田中正治 ＾へ −１ 濾 寸 柵 ぐト くト 手続ネｒ４１ｉＥ　’ｔｉ￥　（方式）昭和５９年１０
月２５日 特許庁長官　志　賀　学　殿　桝 １、事件の表示　特願昭５９−１１５２５１８２、発明
の名称 絶縁ゲート型電界効果１〜ランジスタ ３、補正をする者 事ｆｔとの関係　特許出願人 住　所　東京都千代田区内幸町１丁目１番６号名　称　
（４２２）日本電信電話公判 代表省　真　藤　恒 ４、代理人 住　所　〒１０２　東京都千代田区麹町５丁目７番地　
秀和紀尾月町Ｔ　ＢＲ８２０舅 ５、補正命令の日付　昭和５９年９月２５［１（発送［
１）１　６、補正により増加する発明の数　なし７、補
正の対象　明細ｍの図面の簡単な説明の欄（１）明細用
中、第１７頁１７行「る。」とあるのを次のとおり訂正
する。 ［る。 第３図は、第２図に示寸木発明にＪ：る絶縁グー１〜型
電界効果１〜ランジスタの、ドレイン電圧（Ｖ）に対リ
−る空乏層内の高電界領域で士 轄づる：Ｆ−Ｖリア品（ｃｏｒｎ−３秒−１）の最大値
の関係を、従来の絶縁ゲート望電Ｗ効果トランジスタの
同様の関係と対比して示す図である。 第４図は、第２図に承り本発明による絶縁グーミル型雷
界効里１〜ランジスタの、ドレイン電圧（ｌ　ｏｇＶ）
の最大値ど、Ａン状態が得られるどき・の抵抗（１００
Ｒ）どの関係を、従来の絶縁ゲート型電稈効果１〜ラン
ジスタの同様の関係と対比して示１図である。、１以　
１− −１鼾

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 第１のＳ電型を有する第１の半導体層と、該第１の半導
   体層上に形成された、第１の導電５１１を有し且つ上記
   第１の半導体層に比し高い比抵抗を有する第２の半導体
   層とを有し、 上記第２の半導体層内に、上記第１の半導体層側とは反
   対側から、第１の導電型とは逆の第２の導電型を有する
   第１の半導体領域が形成され、 上記第１の半導体領域内に、上記第１の半導体層側とは
   反対側から、第１の導電型を有する第２の半導体領域が
   形成され、 上記第２の半導体層の上記第１の半導体層側とは反対側
   の第１の面上と、上記第１の半導体領域の上記第１の半
   導体層側とは反対側の第２の面上とに、それら間に連続
   延長している絶縁層が形成され、 該絶縁層上に、それを介して１−起部２の半導体層と一
   １１記第１の半導体領域とに連続対向延長している第１
   の導電性層が形成され、 −上記第２の半導体領域に第２の導電性層がオーミック
   に付され、 上記第１の半導体層に第３のＩＪ導電性層Ａ−ミックに
   付されている構成を有Ｊる絶縁グー１〜型電界効果１〜
   ランジスタにおいて、 上記第２の半導体層の」−起部１の半導体層側とは反対
   側にお【ノる上記絶縁層と連接する領域内に、」−起部
   １の面側から、上記第２の半導体層に比し高い比抵抗を
   有する第３の半導体領域が形成されていることを特徴と
   する絶縁ゲート型電界効果１−ランジスタ。