[发明专利]半导体器件

说明书

领域

本发明涉及半导体器件。

背景

近年来，在半导体功率转换器件中，非常关注将双向开关元件应用到直接连结转换电路（诸如矩阵转换器）。矩阵转换器执行例如AC（交流）/AC（交流）转换、AC/DC（直流）转换、和DC/AC转换。非常关注双向开关元件应用于直接连结转换电路，这是因为这样的应用可减少电路的大小和重量、改进效率与响应、并降低成本。

该矩阵转换器相比逆变器/转换器而言具有更高的功率转换效率。一般而言，尽管逆变器/转换器从AC电源生成DC中间电压并将该中间电压转换为AC电压，但是矩阵转换器并不生成中间电压，而是直接从AC电源生成AC电压。

此外，逆变器/转换器寿命由电解电容器的寿命所确定，因为电解电容器被用作生成中间电压的电容器。相反，在矩阵转换器中，用于生成中间电压的电容器并不需要被设置在AC电源和AC电压输出电路之间。因此，可能避免逆变器/转换器的问题。

图11是示出矩阵转换器的等效电路图。图12是示出根据现有技术的反向阻断型半导体器件的等效电路图。图13是示出根据现有技术的反向阻断型半导体器件的电特性的特性图。如图12中所示，应用于图11中所示的矩阵转换器的功率半导体元件101是反向阻断型半导体器件，具有其中具有反向击穿电压的两个晶体管102被反向并联连接的结构。如图13中所示，该反向阻断型半导体器件具有总体上正向的击穿电压（以电源电位为基准施加至漏极的正电压）且还具有与该正向击穿电压具有相同大小的反向击穿电压（以电源电位为基准施加至漏极的负电压）。

图14是示出根据现有技术的反向阻断型半导体器件的截面图。图14中所示的反向击穿型半导体器件具有MOS栅结构，包括p阱区202、n+源区203、栅氧化物膜204、栅电极205、和位于作为n-漂移区201的半导体基板的前表面上的源电极206。在半导体基板的前表面的端部处设置p-型区（下文称为场板（FP））207。在半导体基板的侧表面上设置p-型区208，该p-型区208与FP207接触并从半导体基板的前表面延伸至后表面。在半导体基板的后表面上设置与n-漂移区201接触的漏电极209。

已经提出了一种器件作为根据现有技术的反向阻断型半导体器件，其中包括栅电极和发射极电极的MOS栅结构被设置在n-漂移层（这是具有GaN半导体或SiC半导体作为主要半导体晶体的半导体基板）的表面层上，用于制作芯片的截面包括连接n-漂移区的前表面和后表面的p-型保护区，且与n-漂移层的后表面接触的集电电极包括肖特基金属膜（例如，见如下专利文献1）。

提出了一种器件作为根据现有技术的另一种反向阻断型半导体器件，包括硅基板、形成在硅基板上的缓冲层、形成在缓冲层上的氮化镓半导体层、被形成为具有从硅基板的后表面开始通过硅基板和缓冲层达到氮化镓半导体层的深度的沟槽、以及形成在沟槽中的金属膜。在该器件中，金属膜和氮化镓半导体层形成肖特基接触（例如，见如下专利文献2）。

引用列表

专利文献

专利文献1：JP2009-123,914A

专利文献2：JP2010-258,327A

概要

技术问题

然而，在专利文献1所公开的技术中，难以形成具有与半导体基板的导体类型不同的半导体区，且在例如使用离子注入与退火在芯片形状中切出的半导体基板的截面（下文中称为侧表面）中具有期望的宽度和深度。因此，有必要研发具有能易于获得反向击穿电压的结构的半导体器件。此外，在专利文献1所公开的技术中，存在当反向电压施加至漏电极时在半导体基板的前表面和后表面的外周部分中反向泄露电流将增加的考虑。当生成反向泄露电流时，反向击穿电压被减少。

本发明的目的在于提供具有高反向击穿电压的半导体器件，从而解决现有技术的上述问题。此外，本发明的另一目的在于提供能减少泄露电流的半导体器件，从而解决现有技术的上述问题。

问题的解决方案

为了解决上述问题并实现本发明的目的，根据本发明的一方面的半导体器件包括半导体基板，该半导体基板为第一导电类型且由带隙比硅宽的半导体材料制成、设置在该半导体基板的第一主表面上的控制电极、设置在该半导体基板的第二主表面和侧表面上并且与该半导体基板形成肖特基接触的输出电极、以及至少设置在该半导体基板的外周边缘处并且减少至少从该外周边缘所产生的漏泄电流的层。

在根据本发明的上述方面的半导体器件中，减少漏泄电流的层是第一半导体区，该第一半导体区为第二导电类型、被设置在该半导体基板的第一主表面的表面层中，并且与输出电极产生接触。