[發明專利]半導體裝置

無效

• 申請號: 00807221.3
• 申請日: 2000-11-20
• 公開（公告）號: CN1349663A
• 公開（公告）日: 2002-05-15
• 發明（設計）人: 橫川俊哉;高橋邦方;楠本修;北畠真;上野山雄
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: H01L29/872
• 分類號: H01L29/872;H01L21/338;H01L29/812
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 汪惠民

技術領域

本發明涉及特別適用于具有高耐壓半導體功率器件的有源區(活性區)結構。

背景技術

近年來，為了實現具有高頻特性、發光特性、耐壓特性等特殊功能的半導體器件，正在活躍地進行新型半導體材料(包含所謂的半絕緣材料)的開發。在半導體材料中，例如：碳化硅(SiC)、氮化硅(GaN)、砷化鎵(GaAs)等處于本征狀態具有半絕緣性的材料，與代表性的半導體材料硅(Si)相比是具有高硬度而且耐化學藥品性強、禁帶寬度大的半導體，是人們期待著應用于具有大耐壓特性的下一代功率器件、高頻器件和在高溫下工作的器件等的材料。

利用寬禁帶寬度的半導體材料的半導體功率器件有：高壓肖特基二極管、MESFET(Metal?Semiconductor-場效應晶體管)、MISFET(MetalInsulator?Semiconductor-場效應晶體管)等。

這里我們舉出肖特基二極管和MISFET作為現有的半導體功率器件的例子。

圖11是顯示現有的碳化硅(SiC)肖特基二極管概略結構的剖面圖。在該圖中，分別示出101是摻有高濃度氮(N)的(是n型載流子)、厚約100μm的n⁺SiC襯底、102是摻有低濃度氮(N)(是n型載流子)的，厚約10μm的n^-SiC層、103是由Ni合金組成的肖特基電極、104是由Ni合金組成的歐姆電極、105是由SiO₂組成的保護環。在該二極管中，當在肖特基電極103和歐姆電極104之間施加肖特基電極103一方高的電壓(正向電壓)時，在肖特基電極103和歐姆電極104之間有電流流過、當在肖特基電極103和歐姆電極104之間施加歐姆電極104一方高的電壓(反向電壓)時，肖特基電極103和歐姆電極104之間沒有電流流過。就是說該肖特基二極管具有正向電壓時電流流過，反向電壓時電流截止的整流特性。

發明內容

但是在上述現有的肖特基二極管中、有以下一些不利的情況。

在上述現有的肖特基二極管中，對反向電壓的絕緣耐壓性強烈的依賴于n^-SiC層102的摻雜濃度。為了提高肖特基二極管的絕緣電壓必須降低與肖特基電極103接觸的n-SiC層102的摻雜濃度。但是，當降低摻雜濃度時n-SiC層102的電阻率就上升、施加正向電壓時ON電阻就升高，其結果就造成電力消耗上升。為了平衡折衷、很難同時實現高耐壓化和低電阻化。

上述不利情況不僅出現在肖特基二極管中，也產生在MESFET、MISFET中。

本發明的目的就是要解決所述現有功率器件存在的平衡折衷，創造新的結構、實現高耐壓而且低ON電阻的有源元件。

本發明的半導體裝置在襯底上設置有源區域發揮作為有源元件一部分的功能，在該半導體裝置中，所述有源區域設置在襯底上，作為載流子渡越區域發揮作用，它至少由一個第1半導體層和疊層生長的另一個第2半導體層構成、第2半導體層含有比第1半導體層更高濃度載流子用雜質、膜厚比所述第1半導體層薄、薄到由于量子效應載流子能夠滲入所述第1半導體層。

采用這種結構，由于量子效應在第2半導體層中產生量子能級，定域在第2半導體層中的載流子的波動函數保持某種程度的擴展。其結果載流子成為不僅存于第2半導體層、而且也存在于第1半導體層那樣的分布狀態。而且，有源區域的電位升高、處于渡越狀態的載流子中，由于不斷有載流子供給第2半導體層和第1半導體層，常常形成載流子不僅存在于第2半導體層也存在于第1半導體層的分布狀態。在這種狀態下，由于載流子不僅在第2半導體層渡越，而且也在第1半導體內渡越，有源區的電阻值降低。特別是由于在第1半導體層中雜質離子的散射減少，可以得到很高的載流子遷移率。

一方面，在有源區處于耗盡化的狀態下，由于在有源區內不存在載流子，耐壓性就由雜質濃度低的第1半導體層決定，在有源區全部能夠得到高的耐壓值。就是說，能夠同時實現半導體裝置中的二極管、晶體管等有源元件的低電阻化和高耐壓化。

將所述第1半導體層及第2半導體分別設置多個、而且交互疊層生長，更能夠確保發揮低電阻值和高耐壓性。

所述第1半導體層的載流子用雜質濃度最好小于1×10¹⁷atoms·cm^-3，所述第2半導體層的載流子用雜質濃度最好大于1×10¹⁷atoms·cm^-3。