电力用半导体装置制造方法及图纸

n型半导体层(1a)具有单晶构造，包括宽带隙半导体材料。p型半导体层(4A)设置于n型半导体层(1a)上，包括与上述宽带隙半导体材料不同的材料，具有微晶构造以及非晶质构造中的任意种。电极(3)设置于n型半导体层(1a)以及p型半导体层(4A)中的至少某一个上。

Semiconductor Device for Electric Power

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电力用半导体装置
本专利技术涉及电力用半导体装置，特别涉及使用宽带隙半导体材料的电力用半导体装置。
技术介绍
二极管是与IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极晶体管)以及MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)等开关元件一起，在转换器以及逆变器等电力变换装置中不可或缺的电力用半导体装置。这些电力变换装置不仅利用于工业用以及家庭用的电气设备，而且还广泛利用于铁路车辆及汽车等输送设备、以及电力体系系统的送配电设备等领域。在这样的背景下，在二极管以及开关元件等电力用半导体装置中，要求大电力化、低损失化。因此，以往，使用硅(Si)的电力用半导体装置是主流，但已开发出使用碳化硅(SiC)或者氮化镓(GaN)等带隙比Si大的半导体材料的电力用半导体装置。作为代表性的电力用半导体装置的二极管有pn二极管以及肖特基势垒二极管。pn二极管由于能够形成高的势垒，所以在耐压的提高以及泄漏电流的抑制的方面上有利。另外，pn二极管还具有能够流过大电流这样的优点。另一方面，肖特基势垒二极管相比于pn二极管，能够在原理上降低正向电压。因此，在二极管中流过大电流的大电力用途中，有时通过使用肖特基势垒二极管来实现电力变换装置的高效化。另外，肖特基势垒二极管是单极性器件，所以相比于作为双极性器件的pn二极管，能够实现高速的开关。因此，有时通过提高开关频率来实现电力变换装置的小型化。特别，在作为半导体材料使用具有比Si的带隙大的带隙的SiC的情况下，能够增大被施加逆偏置的情况下的逆向耐压。例如，具有几kV的逆向耐压的SiC肖特基势垒二极管得到实用化。为了进一步的高耐压化，一般使用例如专利文献1所述的保护环构造或者场限环(FLR：FieldLimitingRing)构造等。在这些构造中，使用例如通过离子注入形成的p型半导体层，进行利用同质pn结的电场缓和。近年来，为了电力用半导体装置的进一步大电力化以及低损失化，研究使用具有比SiC以及GaN的带隙更大的带隙的氧化物半导体、例如氧化镓(Ga2O3)半导体。使用氧化镓的典型的肖特基势垒二极管具有：n型氧化镓基板，包含n型杂质(施主)并且具有一方的面及另一方的面；阴电极，在一方的面上欧姆接合；n型氧化镓层，设置于另一方的面上，具有比n型氧化镓基板的n型载流子浓度小的n型载流子浓度；以及阳电极，在n型氧化镓层上肖特基接合。为了使用氧化镓的肖特基势垒二极管的高耐压化，例如如非专利文献1所述，提出了采用使用绝缘膜的场板构造。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2016-92168号公报非专利文献非专利文献1：佐々木公平他、「フィールドプレート電極終端構造を設けたβ－Ga2O3ショットキーバリアダイオード」、第76回応用物理学会秋季学術講演会公演予稿集(2015)16p－4C－8
技术实现思路
认为即使在使用氧化物半导体的情况下，如果能够在肖特基势垒二极管或者pn二极管中设置保护环构造或者FLR构造等，则能够进一步提高逆向耐压。另外，如果能够制造pn二极管，则在其原理上能够得到比肖特基势垒二极管高的耐压。不论在哪一个情况下，都使用pn结的构造。因此，还需要针对半导体不仅赋予n型而且还赋予p型的导电性的技术。然而，在使用宽带隙半导体材料的情况下，难以制作具有良好的特性的p型半导体的情况较多，在宽带隙半导体材料是氧化物、特别是氧化镓的情况下，难以赋予p型。其理由在于，用于得到p型的导电性的受主处于非常深的能级。另外，即使假设受主被活性化，由于有效质量非常大到无限大，所以无法期待p型的实质性的导电性。这对于氮化物的宽带隙材料也是同样的。例如，氮化铝等难以形成良好质量的p型半导体。因此，难以利用pn结来提高耐压。本专利技术是鉴于上述内容而完成的，提供一种使用由于材料自身的特性上或者使用该材料的半导体装置的制造工序上的理由难以赋予p型的半导体材料、而且通过使用pn结能够提高耐压的电力用半导体装置。本专利技术的电力用半导体装置具有n型半导体层、p型半导体层以及电极。n型半导体层具有单晶构造，包括宽带隙半导体材料。p型半导体层设置于n型半导体层上，包括与上述宽带隙半导体材料不同的材料，具有微晶构造以及非晶质构造中的任意种。电极设置于n型半导体层以及p型半导体层的至少某一个上。此外，上述“包括不同的材料”这样的限定是关于作为母材的半导体材料的限定，是与为了调整作为该母材的半导体的导电性而能够添加到该母材的杂质元素(施主以及受主)无关的限定。根据本专利技术，p型半导体层的材料与n型半导体层的宽带隙半导体材料不同。由此，作为p型半导体层的材料，能够选择易于赋予p型的材料。进而，p型半导体层具有微晶构造以及非晶质构造中的任意种。由此，不会大幅受到n型半导体层的表面的晶体构造以及形状的影响，而能够在n型半导体层上形成p型半导体层。因此，n型半导体层和p型半导体层的异质结的特性被稳定化。根据以上内容，能够在包括宽带隙半导体的n型半导体层上，形成良好的pn结。通过利用该使用pn结的构造，能够提高电力用半导体装置的耐压。本专利技术的目的、特征、方面、以及优点通过以下的详细的说明和附图将变得更加明确。附图说明图1是概略地示出本专利技术的实施方式1中的电力用半导体装置的结构的剖面图。图2是概略地示出在图1的电力用半导体装置中n型半导体层上的p型半导体层的配置的俯视图。图3是概略地示出本专利技术的实施方式1中的电力用半导体装置的制造方法的流程图。图4是概略地示出本专利技术的实施方式1中的电力用半导体装置的制造方法的一个工序的剖面图。图5是概略地示出本专利技术的实施方式1中的电力用半导体装置的制造方法的一个工序的剖面图。图6是概略地示出本专利技术的实施方式1中的电力用半导体装置的制造方法的一个工序的剖面图。图7是概略地示出本专利技术的实施方式2中的电力用半导体装置的结构的剖面图。图8是概略地示出在图7的电力用半导体装置中n型半导体层上的p型半导体层的配置的俯视图。图9是概略地示出本专利技术的实施方式2中的电力用半导体装置的制造方法的一个工序的剖面图。图10是概略地示出本专利技术的实施方式2中的电力用半导体装置的制造方法的一个工序的剖面图。图11是概略地示出本专利技术的实施方式3中的电力用半导体装置的结构的剖面图。图12是概略地示出在图11的电力用半导体装置中n型半导体层上的p型半导体层的配置的俯视图。图13是概略地示出本专利技术的实施方式3中的电力用半导体装置的制造方法的一个工序的剖面图。图14是概略地示出本专利技术的实施方式3中的电力用半导体装置的制造方法的一个工序的剖面图。图15是概略地示出本专利技术的实施方式4中的电力用半导体装置的结构的剖面图。图16是概略地示出在图15的电力用半导体装置中n型半导体层上的p型半导体层的配置的俯视图。图17是概略地示出本专利技术的实施方式4中的电力用半导体装置的制造方法的一个工序的剖面图。图18是概略地示出本专利技术的实施方式4中的电力用半导体装置的制造方法的一个工序的剖面图。(附图标记说明)1：n型氧化镓基板；1a：n型氧化镓层(n型半导体层)；2：阴电极；3：阳电极(电极)；4A～4D：p型Cu2O层(p型半导体层)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电力用半导体装置(10、20、30、40)，具备：n型半导体层(1a)，具有单晶构造，包括宽带隙半导体材料；p型半导体层(4A～4D)，设置于所述n型半导体层(1a)上，包括与所述宽带隙半导体材料不同的材料，具有微晶构造及非晶质构造中的任意种；以及电极(3)，设置于所述n型半导体层(1a)及所述p型半导体层(4A～4D)中的至少某一个上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电力用半导体装置(10、20、30、40)，具备：n型半导体层(1a)，具有单晶构造，包括宽带隙半导体材料；p型半导体层(4A～4D)，设置于所述n型半导体层(1a)上，包括与所述宽带隙半导体材料不同的材料，具有微晶构造及非晶质构造中的任意种；以及电极(3)，设置于所述n型半导体层(1a)及所述p型半导体层(4A～4D)中的至少某一个上。2.根据权利要求1所述的电力用半导体装置(10、20、30、40)，其中，所述宽带隙半导体材料是含有镓元素的氧化物以及含有铝元素的材料中的至少某一种。3.根据权利要求1所述的电力用半导体装置(10、20、30、40)，其中，所述n型半导体层(1a)的所述宽带隙半导体材料是氧化物以及氮化物中的任意种，所述p型半导体层(4A～4D)的所述材料是氧化物。4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的电力用半导体装置(10、20、30、40)，其中，所述p型半导体层(4A～4D)具有所述微晶构造，所述微晶构造具有的晶粒在所述p型半导体层(4A～4D)的膜厚方向上具有比所述p型半导体层(4A～4D)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：绵引达郎，汤田洋平，古川彰彦，宫岛晋介，滝口雄贵，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，国立大学法人东京工业大学，
类型：发明
国别省市：日本,JP