一种半导体元件1，其特征在于，其具有：分隔开的一对欧姆电极20和肖特基电极10；以及，与上述欧姆电极20和上述肖特基电极10接触的半导体层30，所述半导体元件满足下述式(I)(式中，n为上述半导体层的载流子浓度(cm‑3)、ε为上述半导体层的介电常数(F/cm)、Ve为上述欧姆电极与上述肖特基电极之间的正向有效电压(V)、q为基本电荷(C)、L为上述欧姆电极与上述肖特基电极之间的距离(cm))。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体元件和使用该半导体元件的电气设备
本专利技术涉及半导体元件、以及使用该半导体元件的肖特基势垒二极管、结型晶体管、电子电路和电气设备。
技术介绍
作为实现大电流、低耗电量的功率半导体材料，可列举出以Si为首的SiC、GaN等新材料。此外，氧化镓、金刚石作为下一代材料也备受关注。另一方面，它们基本以单晶的形式加以利用，因此难以在不同种基板上进行单晶生长，具有基板的选择受限的缺点。关于SiC，适合作为功率半导体的晶体结构被认为是4H-SiC，而实现了3MV/cm以上的绝缘击穿电场。然而，由于晶格的失配大，因此难以将缺陷少的单晶以良好的成品率外延生长在Si上。如果是3C-SiC，则通过对Si晶片实施微细加工或者使用Si(211)面而能够进行外延生长，但带隙变窄，因而，绝缘击穿电场停留在1.2MV/cm。此外，GaN与4H-SiC同样地，绝缘击穿电场也为3MV/cm以上，为了量产而尝试了在Si上进行结晶生长。但是，从与Si之间的晶格失配的观点出发，虽然不及SiC的程度，但如果不借助AlN等缓冲层，则难以进行结晶生长，在量产性方面存在课题。因而，在专利文献1那样的功率器件中实施了推进，所述功率器件使用了多晶或非晶的氧化物半导体且实现了与不同种基板的匹配。通常如非专利文献1记载的那样，在单级功率器件中，为了获得最低On电阻而使下述式的关系成立并确定耐压设计和半导体材料种类时，最佳的载流子浓度得以确定。然而，非晶或多晶半导体难以控制载流子浓度。[数学式1](式中，εS为材料的介电常数、EC为最大绝缘击穿电场、q为基本电荷、BV为作为设计值的耐压、ND为载流子浓度。)现有技术文献专利文献专利文献1：WO2015/025499A1非专利文献非专利文献1：“FundamentalsofPowerSemiconductorDevices”，B.JayantBaliga，SpringerScience&BusinessMedia，2010/04/02
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供不需要控制初始载流子浓度的高耐压且低电阻的半导体元件。本专利技术人等针对难以调整初始载流子浓度的课题，进行深入研究的结果而发现：如果半导体层与电极满足规定的关系式，则通过与以往的单级功率器件的相关设计方针不同的动作原理，不依赖载流子浓度地利用外因性载流子，能够获得高耐压且低电阻的半导体元件，从而完成了本专利技术。根据本专利技术，提供以下的半导体元件等。1.一种半导体元件，其特征在于，其具有：分隔开的一对欧姆电极和肖特基电极；以及与上述欧姆电极和上述肖特基电极接触的半导体层，所述半导体元件满足下述式(I)。[数学式2](式中，n为上述半导体层的载流子浓度(cm-3)、ε为上述半导体层的介电常数(F/cm)、Ve为上述欧姆电极与上述肖特基电极之间的正向有效电压(V)、q为基本电荷(C)、L为上述欧姆电极与上述肖特基电极之间的距离(cm)。)2.根据1所述的半导体元件，其特征在于，上述半导体层包含金属氧化物。3.根据2所述的半导体元件，其特征在于，上述金属氧化物含有选自In、Zn、Ga、Sn和Al中的1种以上元素。4.根据1～3中任一项所述的半导体元件，其特征在于，上述肖特基电极包含选自Pd、Mo、Pt、Ir、Ru、W、Cr、Re、Te、Mn、Os、Fe、Rh、Co和Ni中的1种以上金属或其氧化物。5.根据1～4中任一项所述的半导体元件，其特征在于，上述欧姆电极包含选自Ti、Mo、Ag、In、Al、W、Co和Ni中的1种以上金属或其化合物。6.根据1～5中任一项所述的半导体元件，其特征在于，上述半导体层包含非晶或多晶。7.根据1～6中任一项所述的半导体元件，其特征在于，上述半导体层的特征温度为1500K以下。8.根据1～7中任一项所述的半导体元件，其特征在于，从肖特基电极面的外周部向着欧姆电极面引垂线时，上述欧姆电极面位于上述垂线的内侧。9.根据1～8中任一项所述的半导体元件，其特征在于，耐压为0.5MV/cm以上。10.根据1～9中任一项所述的半导体元件，其特征在于，上述半导体层夹在上述欧姆电极与上述肖特基电极之间。11.根据10所述的半导体元件，其特征在于，其还具有导电性硅基板，上述欧姆电极或上述肖特基电极与上述导电性硅基板接触。12.根据1～9中任一项所述的半导体元件，其特征在于，在上述半导体层的一个表面上隔开间隔地存在上述欧姆电极和上述肖特基电极。13.一种肖特基势垒二极管，其特征在于，使用了1～12中任一项所述的半导体元件。14.一种结型晶体管，其特征在于，使用了1～12中任一项所述的半导体元件。15.一种电子电路，其特征在于，使用了1～12中任一项所述的半导体元件、13所述的肖特基势垒二极管或14所述的结型晶体管。16.一种电气设备、电子设备、车辆或动力机构，其特征在于，使用了15所述的电子电路。根据本专利技术，能够提供不需要控制初始载流子浓度的高耐压且低电阻的半导体元件。附图说明图1是作为本专利技术的一个实施方式的半导体元件的概略截面图。图2是作为本专利技术的其它实施方式的半导体元件的概略截面图。图3是作为本专利技术的其它实施方式的半导体元件的概略立体图。图4是作为本专利技术的其它实施方式的半导体元件的概略立体图。图5是用于说明图2的半导体元件的电极面的图。具体实施方式本专利技术的半导体元件具有分隔开的一对欧姆电极和肖特基电极、以及与欧姆电极和肖特基电极接触的半导体层，且满足下述式(I)。[数学式3](式中，n为上述半导体层的载流子浓度(cm-3)、ε为上述半导体层的介电常数(F/cm)、Ve为上述欧姆电极与上述肖特基电极之间的正向有效电压(V)、q为基本电荷(1.602×10-19C)、L为上述欧姆电极与上述肖特基电极之间的距离(cm)。)n的下限可以为0，优选为1×1010以上。更优选满足下述式(I-1)，进一步优选为下述式(I-2)。[数学式4][数学式5]上述式中，载流子浓度使用下述式，通过CV(电容-电压)测定来计算(参照APPLIEDPHYSICSLETTERS，101，113505(2012))。[数学式6]A：肖特基电极与欧姆电极重叠的部分的面积(cm2)C：所测定的电容值(F)εs：相对介电常数(-)ε0：真空介电常数(8.854×10-14F/cm)Ndep1：载流子浓度(cm-3)Vbi：内建电压(V)k：玻耳兹曼常数(8.617×10-5eV/K)T：测定时的样品温度(K)q：基本电荷(1.602×10-19C)V：施加电压(V)L可通过实施例中记载的方法求出。Ve如下所述可以为0.1V。关于介电常数ε，如果决定半导体种的组成和晶系，则可以利用文献值的相对介电常数，由相对介电常数与真空介电常数的乘积来确定。此外，在文献中的报告例少或者报告例的偏差大的情况下，也可以进行实际测定。在实际测定时可以如下计算：根据CV测定的膜厚依赖性来测定3点以上的膜厚(L)的电容值，利用以C/A作为纵轴且以1/L作为横轴进行标绘时其斜率成为介电常数ε来计算。为了使半导体元件满足式(I)而使半导体层中的载流子浓度降低。具体而言，降低半导体中的掺杂剂浓度。例如，如氧化物半导体那样地，在半导体中存在的氢原子或氧缺损作为掺杂剂而发挥功能的半导体的情况下，形成本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种半导体元件，其特征在于，其具有：分隔开的一对欧姆电极和肖特基电极；以及与所述欧姆电极和所述肖特基电极接触的半导体层，所述半导体元件满足下述式(I)：
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.25 JP 2015-254761;2016.08.15 JP 2016-159351.一种半导体元件，其特征在于，其具有：分隔开的一对欧姆电极和肖特基电极；以及与所述欧姆电极和所述肖特基电极接触的半导体层，所述半导体元件满足下述式(I)：式中，n为所述半导体层的载流子浓度、ε为所述半导体层的介电常数、Ve为所述欧姆电极与所述肖特基电极之间的正向有效电压、q为基本电荷、L为所述欧姆电极与所述肖特基电极之间的距离，所述n的单位为cm-3、所述ε的单位为F/cm、所述Ve的单位为V、所述q的单位为C、所述L的单位为cm。2.根据权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，所述半导体层包含金属氧化物。3.根据权利要求2所述的半导体元件，其特征在于，所述金属氧化物含有选自In、Zn、Ga、Sn和Al中的1种以上元素。4.根据权利要求1～3中任一项所述的半导体元件，其特征在于，所述肖特基电极包含选自Pd、Mo、Pt、Ir、Ru、W、Cr、Re、Te、Mn、Os、Fe、Rh、Co和Ni中的1种以上金属或其氧化物。5.根据权利要求1～4中任一项所述的半导体元件，其特征在于，所述欧姆电极包含选自Ti、Mo、Ag、In、Al、W、Co和Ni中的1种以上金属或其化合物。6.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：霍间勇辉，关谷隆司，笘井重和，川岛绘美，上冈义弘，
申请(专利权)人：出光兴产株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP
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