氧化物半导体基板及肖特基势垒二极管元件的制作方法

文档序号:9693425阅读:523来源:国知局
氧化物半导体基板及肖特基势垒二极管元件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种肖特基势皇二极管元件、以及包含其的电路、电气设备、电子设备 及车辆。另外,本发明涉及一种结构体、包含该结构体的氧化物半导体基板、包含该氧化物 半导体基板的功率半导体元件、二极管元件及肖特基势皇二极管元件、以及包含这些元件 的电路、电气设备、电子设备、车辆。
【背景技术】
[0002] 肖特基势皇二极管是利用形成于金属与半导体的接合面的势皇而具有整流作用 的二极管。作为半导体,最常使用Si(例如专利文献1)。另外,作为带隙大于Si的化合物半导 体,使用GaAs或最近的SiC(例如专利文献2及3)。
[0003] Si系的肖特基二极管用于高速开关元件或数GHz频带内的发送/接收用混频器、或 者频率转换元件等。GaAs系的肖特基二极管可实现进一步高速的开关元件,用于微波用的 转换器或混频器等。SiC能有效利用带隙的宽度,因而期待在更高压的电动汽车、铁道、输电 等中的应用。
[0004] 使用Si的肖特基势皇二极管成本较低,被广泛地使用,但由于带隙较小为1. leV, 因此为了具有耐压性,必须增大元件的尺寸。GaAs的带隙为1.4eV,优于Si,但难以在Si基板 上外延生长,难以获得错位少的结晶。SiC由于带隙较宽为3.3eV,因此绝缘破坏电场也高, 是性能最可期待的材料,但由于经过基板制作、外延生长以及高热的工艺,因此在量产性、 成本方面存在问题。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1:日本专利特开2009-164237号公报 [0008] 专利文献2:日本专利特开平5-36975号公报 [0009]专利文献3:日本专利特开平8-97441号公报

【发明内容】

[0010] 本发明鉴于上述课题而研发,其目的在于提供一种利用廉价且量产性优异的方法 在Si基板上形成带隙宽的化合物半导体而具有优异的电流-电压特性的肖特基势皇二极管 元件。
[0011] 另外,本发明的目的在于提供一种适合肖特基势皇二极管元件、二极管元件、功率 半导体元件的氧化物半导体基板。
[0012] 根据本发明,提供以下的肖特基势皇二极管元件等。
[0013] 1.-种肖特基势皇二极管元件,其具有硅(Si)基板、氧化物半导体层、及肖特基电 极层,且所述氧化物半导体层包含具有3.OeV以上且5.6eV以下的带隙的多晶和/或非晶质 的氧化物半导体。
[0014] 2.如1所述的肖特基势皇二极管元件,其中,所述氧化物半导体包含选自In、Ti、 Zn、Ga及Sn中的1种以上。
[0015] 3.如1或2所述的肖特基势皇二极管元件,其中,所述氧化物半导体层包含铟(In) 作为主成分。
[0016] 4.如1~3中任一项所述的肖特基势皇二极管元件,其中,在所述氧化物半导体层 中,铟的含量相对于全部金属元素的含量的原子组成百分率([In]/([In] + [In以外的全部 金属元素])X 100)为30~100原子%。
[0017] 5.如1~4中任一项所述的肖特基势皇二极管元件,其中,在所述硅基板上形成有 所述氧化物半导体层,在所述氧化物半导体层上形成有所述肖特基电极层。
[0018] 6.如1~4中任一项所述的肖特基势皇二极管元件,其中,在所述硅基板上形成有 所述肖特基电极层,在所述肖特基电极层上形成有所述氧化物半导体层。
[0019] 7.如2~6中任一项的肖特基势皇二极管元件,其中,所述氧化物半导体层还包含 选自△1、31211、63、!^、2广〇6、3111、及311中的1种以上的元素。
[0020] 8.如1~7中任一项所述的肖特基势皇二极管元件,其中,所述氧化物半导体层在 室温下的载流子浓度为1 X l〇14cnf3以上且1 X 1017cnf3以下。
[0021] 9.如1~8中任一项所述的肖特基势皇二极管元件,其以所述氧化物半导体层的端 部不露出的方式被绝缘膜被覆。
[0022] 10.-种电路,其包含1~9中任一项所述的肖特基势皇二极管元件。
[0023] 11.-种电气设备,其包含1~9中任一项所述的肖特基势皇二极管元件。
[0024] 12.-种电子设备,其包含1~9中任一项所述的肖特基势皇二极管元件。
[0025] 13.-种车辆,其包含1~9中任一项所述的肖特基势皇二极管元件。
[0026] 14.-种结构体,其包含氧化物半导体层与金属薄膜,所述氧化物半导体层包含具 有3.OeV以上且5.6eV以下的带隙的多晶和/或非晶质的氧化物半导体,且该结构体包含所 述氧化物半导体层与所述金属薄膜发生电接触的区域。
[0027] 15.如14的结构体,其中,所述氧化物半导体以In为主成分。
[0028] 16.如14或15的结构体,其中,所述金属薄膜的功函数为4.7eV以上。
[0029] 17.如14~16中任一项所述的结构体,其中,所述氧化物半导体为结晶质,且在所 述氧化物半导体中,以全部金属元素中3原子%以上且30原子%以下的比例包含选自A1、 Si、Ce、Ga、Hf、Zr及Sm中的至少1种元素。
[0030] 18.如14~17中任一项的结构体,其中,所述氧化物半导体在室温下的载流子浓度 为1 X 1014cm-3 以上且1 X 1017cm-3 以下。
[0031 ] 19.如14~18中任一项的结构体,其中,所述氧化物半导体层的膜厚为50nm~20μ m〇
[0032] 20. -种氧化物半导体基板,其是14~19中任一项所述的结构体层叠于导电性基 板上而成的。
[0033] 21.如20的氧化物半导体基板,其中,所述导电性基板由选自单晶硅、多晶硅及微 晶硅中的1种以上构成。
[0034] 22. -种氧化物半导体基板,其是14~19中任一项所述的结构体层叠于电气绝缘 性基板上而成的。
[0035] 23.-种功率半导体元件,其使用了 20~22中任一项的氧化物半导体基板。
[0036] 24. -种二极管元件,其使用了 20~22中任一项的氧化物半导体基板。
[0037] 25.-种肖特基势皇二极管元件,其使用了 20~22中任一项的氧化物半导体基板。
[0038] 26.如25所述的肖特基势皇二极管元件,其将所述金属薄膜作为肖特基电极层。
[0039] 27.-种电路,其包含23所述的功率半导体元件、24所述的二极管元件、或者25或 26所述的肖特基势皇二极管元件。
[0040] 28.-种电气设备,其包含27所述的电路。
[0041] 29.-种电子设备,其包含27所述的电路。
[0042] 30.-种车辆,其包含27所述的电路。
[0043] 根据本发明,可提供一种利用廉价且量产性优异的方法在Si基板上形成带隙较宽 的化合物半导体而具有优异的电流-电压特性的肖特基势皇二极管元件。
[0044] 另外,根据本发明,可提供一种适合肖特基势皇二极管元件、二极管元件、功率半 导体元件的氧化物半导体基板。
【附图说明】
[0045] 图1是示意性地表示本发明的肖特基势皇二极管元件的一个实施方式的剖面图。
[0046] 图2是示意性地表示本发明的肖特基势皇二极管元件的一个实施方式的剖面图。
[0047] 图3是示意性地表示本发明的肖特基势皇二极管元件的一个实施方式的剖面图。
【具体实施方式】
[0048] 1.肖特基势皇二极管元件
[0049] 本发明的肖特基势皇二极管元件具有硅(Si)基板、氧化物半导体层、及肖特基电 极层,上述氧化物半导体层包含具有3.OeV以上且5.6eV以下的带隙的多晶和/或非晶质的 氧化物半导体。通过使用带隙宽的多晶和/或非晶质的氧化物半导体,可提供一种具有优异 的电流-电压特性、特别是具有高的绝缘破坏电场的肖特基势皇二极管元件。
[0050] 另外,通过使用带隙宽的材料,可使用多晶和/或非晶质的材料而非在晶体成长等 制造上花费成本的单晶。
[0051] 氧化物半导体层所含的氧化物半导体的带隙优选为3. lev以上且5.4eV以下。通过 使用该范围内的氧化物半导体,可提供一种具有优异的电流-电压特性、特别是具有高的绝 缘破坏电场的肖特基势皇二极管元件。
[0052]作为具有3.OeV以上且5.6eV以下的带隙的氧化物半导体,可列举包含选自
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