DE10051644B4

DE10051644B4 - Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE10051644B4
Application number: DE10051644A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Yamaguchi; Katsumi Satoh; Noritoshi Hirano
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-02-23
Filing date: 2000-10-18
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2020-10-19
Also published as: JP2001237435A; DE10051644A1; CH695522A5; US6489666B1; JP4087543B2

Abstract

Halbleiterbauelement (101 bis 103), das folgendes aufweist:
– eine erste Halbleiterschicht (1) eines ersten Leitfähigkeitstyps mit einer ersten Oberfläche (S1), mit einer zweiten Oberfläche (S2), die die erste Oberfläche (S1) umgibt und mit der ersten Oberfläche (S1) verbunden ist, und mit einer dritten Oberfläche (S3), die der ersten Oberfläche (S1) und der zweiten Oberfläche (S2) gegenüberliegt;
– eine zweite Halbleiterschicht (22) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die in der ersten Oberfläche (S1) gebildet ist; und
– eine dritte Halbleiterschicht (23) des zweiten Leitfähigkeitstyps, die die zweite Halbleiterschicht (22) in kontaktloser Beziehung zu der zweiten Halbleiterschicht (22) umgibt, wobei die dritte Halbleiterschicht (23) in der ersten Halbleiterschicht (1) und in Kontakt mit der zweiten Oberfläche (S2) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Oberfläche (S2) mit der ersten Oberfläche (S1) einen anderen Winkel (?) als einen rechten Winkel einschließt, und daß sich die dritte Halbleiterschicht (23) näher an die dritte...

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement, das folgendes aufweist: eine erste Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps mit einer ersten Oberfläche, mit einer zweiten Oberfläche, die die erste Oberfläche umgibt und mit der ersten Oberfläche verbunden ist, und mit einer dritten Oberfläche, die der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche gegenüberliegt; eine zweite Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die in der ersten Oberfläche gebildet ist; und eine dritte Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps, die die zweite Halbleiterschicht in kontaktloser Beziehung zu der zweiten Halbleiterschicht umgibt, wobei die dritte Halbleiterschicht in der ersten Halbleiterschicht und in Kontakt mit der zweiten Oberfläche gebildet ist.

Ein derartiges Halbleiterbauelement ist aus der JP-56-076 582 A bekannt. Bei dem herkömmlichen Halbleiterbauelement ist die Anordnung so getroffen, daß die seitlichen Flächen, welche der zweiten Oberfläche entsprechen, steil abfallen und etwa unter einem rechten Winkel an die erste Oberfläche an der Oberseite des Halbleiterbauelementes anschließen. Die steil abfallenden Flächen schwingen dann kurvenförmig nach außen aus und ergeben eine konkave Konfiguration.

Bei dem herkömmlichen Halbleiterbauelement haben die zweite Halbleiterschicht und die dritte Halbleiterschicht etwa die gleiche Stärke und erstrecken sich daher gleich weit zu der Unterseite des Halbleiterbauelementes hin, welche die dritte Oberfläche des Halbleiterbauelementes bildet.

6 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die ein bekanntes Halbleiterbauelement 101P zeigt. Wie 6 zeigt, weist das Halbleiterbauelement 101P ein Halbleitersubstrat 1P vom N-Typ auf, das aus Silicium oder dergleichen besteht, und eine P-Schicht 2P ist in einer Oberfläche S1P des Halbleitersubstrats 1P ausgebildet.

Die P-Schicht 2P ist in Kontakt mit einer abgeschrägten Oberfläche S2P (nachstehend auch „Oberfläche S2P" genannt) gebildet, die an die Oberfläche 51P angrenzt. Eine Anodenelektrode 31P ist auf der Oberfläche S1P gebildet. Eine N⁺-Schicht 25P ist in einer Oberfläche S3P gebildet, die zu den Oberflächen S1P und S2P entgegengesetzt ist. Eine Kathodenelektrode 33P ist auf der Oberfläche S3P zu der Anodenelektrode 31P entgegengesetzt gebildet.

Im allgemeinen werden Trägerrekombinationszentren durch Protonenbestrahlung oder dergleichen nahe einem PN-Übergang der P-Schicht 2P und des Halbleitersubstrats 1P gebildet und steuern eine Trägerlebensdauer nahe dem PN-Übergang. Die Trägerlebensdauer in dem gesamten Halbleitersubstrat 1P wird so gesteuert, daß sie durch das Eindiffundieren von Schwermetall, Bestrahlung mit Elektronenstrahlen oder dergleichen kurz ist.

7 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die Stromflüsse in dem Halbleiterbauelement 101P zeigt. In 7 ist der Durchlaßstrom schematisch durch Vollinienpfeile gezeigt, und der Sperrstrom ist schematisch durch Strichlinienpfeile gezeigt.

8 zeigt schematisch einen Erholungsvorgang aus dem Sperrbetrieb des Halbleiterelementes, nachstehend kurz Sperrverzögerungsbetrieb in dem Halbleiterbauelement. Im allgemeinen fließt dann, wenn das Schalten eines externen Schaltkreises das Halbleiterbauelement 101P veranlaßt, augenblicklich von einem Zustand, in dem Durchlaßstrom fließt, in einen Sperrzustand überzugehen, ein hoher Übergangs-Sperrstrom aufgrund des Phänomens einer Minoritätsträgeransammlung.

Ein solcher Sperrstrom hat eine Stromabfallrate, die durch den Wert der Vorspannung in Sperrichtung und die Induktivität des externen Schaltkreises bestimmt ist, und fließt für eine vorbestimmte Zeitdauer.

Dabei fließt der Sperrstrom, bis sich die Anzahl von überschüssigen Trägern, die nahe dem PN-Übergang verbleibt, so verringert, daß ihre Konzentration konstant oder geringer ist und eine Verarmungsschicht gebildet wird. Wenn die gebildete Verarmungsschicht beginnt, eine Sperrspannung zu führen, nimmt die Sperrspannung allmählich in Abhängigkeit von der Ausdehnung der Verarmungsschicht zu, während sich der Sperrstrom allmählich verringert. Dann wird die Spannung des Bauelements beständig gleich der angelegten Sperrspannung, und der Sperrverzögerungsbetrieb ist abgeschlossen.

Bei dem bekannten Halbleiterbauelement 101P wird die Lebensdauer nahe dem PN-Übergang wie oben beschrieben so gesteuert, daß sie kurz ist, um dadurch eine Durchlaßspannung und den Sperrstrom zu verringern und eine maximal zulässige Durchlaßstromanstiegsrate (di/dt) zu verbessern.

Das bekannte Halbleiterbauelement 101P ist jedoch insofern nachteilig, als ein Leistungsverlust, d.h. die Wärmeerzeugung (Eigenwärmeerzeugung) umso größer ist, je höher beispielsweise eine Treiberfrequenz und die Vorspannung in Sperrichtung sind. Im Betrieb des Halbleiterbauelements 101P können sich also aufgrund der Wärmeerzeugung Probleme ergeben.

Dabei erzeugt das Halbleitersubstrat 1P eine größere Wärmemenge in seinem Umfangsbereich 1AP als nahe seinem zentralen Bereich, insbesondere einem Bereich zwischen der Anodenelektrode 31P und der Kathodenelektrode 33P.

Eine Ursache für einen solchen Unterschied in der erzeugten Wärmemenge ist eine schlechtere Wärmeableitungsfähigkeit oder Wärmeabgabeeigenschaft des Umfangsbereichs 1AP des Halbleitersubstrats 1P als die des zentralen Bereichs davon, und zwar aufgrund der Abwesenheit einer Metallschicht, wie etwa der Anodenelektrode 31P und dergleichen, auf der Oberfläche des Umfangsbereichs 1AP des Halbleitersubstrats 1P.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art anzugeben, das im Stande ist, das Fließen eines Kriechstroms beim Anlegen einer Sperrspannung besonders wirksam zu unterdrücken, um einen besonders stabilen Betrieb des Halbleiterbauelements zu gewährleisten.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, ein Halbleiterbauelement der im Oberbegriff definierten Art so auszubilden, daß die zweite Oberfläche mit der ersten Oberfläche einen anderen Winkel als einen rechten Winkel einschließt und daß sich die dritte Halbleiterschicht näher an die dritte Oberfläche erstreckt als die zweite Halbleiterschicht.

Mit dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement wird die Aufgabe in zufriedenstellender Weise gelöst. Mit der abgeschrägten zweiten Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche können aus der Wärmeerzeugung resultierende Störungen wirksam unterdrückt werden, so daß ein stabiler Betrieb gewährleistet ist. Da die dritte Halbleiterschicht sich näher an die dritte Oberfläche erstreckt als die zweite Halbleiterschicht, wird die elektrische Oberflächenfeldstärke an der zweiten Oberfläche wirksam verringert. Die Maßnahmen des Anspruchs 1 tragen in vorteilhafter Weise dazu bei, daß eine hohe Durchbruchspannung bzw. eine hohe maximal zulässige Spannung erreicht wird.

Wenn in Weiterbildung des erfindungsgemäßen Bauelementes der Abstand zwischen der zweiten Halbleiterschicht und der dritten Halbleiterschicht in ihren eng beabstandeten Positionen nicht größer als 50 μm ist, hat dies vorteilhafte Auswirkungen auf die Unterdrückung von Kriechströmen. Es wird damit nämlich gewährleistet, daß das Fließen eines Kriechstromes unterdrückt wird, wenn eine Sperrspannung zwischen der zweiten Halbleiterschicht und der dritten Oberfläche angelegt ist.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Bauelementes ist eine Metallschicht vorgesehen, die auf der Seite der dritten Oberfläche so ausgebildet ist, daß sie einen Bereich der dritten Oberfläche bedeckt, der der zweiten Halbleiterschicht gegenüberliegt.

Mit anderen Worten, die Metallschicht bedeckt, ausgehend von der Seite der dritten Oberfläche einen Bereich, in welchem ein konvergierender Strom fließt. Daher leitet die Metallschicht, die eine große Wärmeableitungsfähigkeit besitzt, die erzeugte Wärme wirkungsvoll ab. Eine solche Metallschicht kann eine große Fläche, einschließlich des oben genannten Bereichs bedecken, so daß die Fähigkeit, Wärme von der dritten Oberfläche abzuleiten, weiter verbessert wird.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Bauelementes ist eine in einem Teil der dritten Oberfläche gebildete vierte Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps vorgesehen, die der zweiten Halbleiterschicht im wesentlichen gegenüberliegt, wobei die vierte Halbleiterschicht eine Störstellenkonzentration besitzt, die höher als die Störstellenkonzentration ihrer umgebenden Schicht ist.

Mit diesen Maßnahmen wird dafür gesorgt, daß der Sperrstrom während eines Sperrverzögerungsbetriebes gegenüber einem Halbleiterelement verringert werden kann, das eine solche vierte Halbleiterschicht nicht aufweist. Desweiteren ermöglicht die genannte vierte Halbleiterschicht, welche der zweiten Halbleiterschicht im wesentlichen gegenüberliegt, eine Konvergenz des Sperrstroms an der vierten Halbleiterschicht. Damit wird die Wärmeerzeugung im Umfangsbereich der ersten Halbleiterschicht während des Sperrverzögerungsbetriebes unterdrückt. Daher können naturgemäß aus der Wärmeerzeugung resultierende Störungen weiter verringert werden, was sich vorteilhaft auf einen stabilen Betrieb des Bauelementes auswirkt.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Bauelementes ist eine fünfte Halbleiterschicht des ersten Halbleiterfähigkeitstyps vorgesehen, die in Kontakt mit der dritten Oberfläche ausgebildet ist, wobei die fünfte Halbleiterschicht eine Störstellenkonzentration besitzt, die höher als die Störstellenkonzentration der ersten Halbleiterschicht ist.

Damit kann in vorteilhafter Weise ein Sperrstrom gegenüber einem Halbleiterbauelement verringert werden, welches eine solche fünfte Halbleiterschicht nicht aufweist.

Weiterhin wird damit erreicht, daß die durch den Sperrstrom erzeugte Wärme unterdrückt wird. Diese Maßnahme trägt somit auch zur Beseitigung von Störungen bei, die aus der Wärmeerzeugung resultieren können, was wiederum vorteilhaft für einen stabilen Betrieb ist. Desweiteren kann eine derartige fünfte Halbleiterschicht, die in Kontakt mit der dritten Oberfläche gebildet ist, eine Durchlaßspannung verringern, wenn eine Elektrode in Kontakt mit der dritten Oberfläche vorgesehen ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

1 eine vertikale Querschnittsansicht, die ein Halbleiterbauelement gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

2 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen einem Trennabstand und einem Kriechstrom in dem Halbleiterbauelement gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform verdeutlicht;

3 eine vertikale Querschnittsansicht, die ein Halbleiterbauelement gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt;

4 eine vertikale Querschnittsansicht, die Stromflüsse in dem Halbleiterbauelement gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigt;

5 eine vertikale Querschnittsansicht, die ein Halbleiterbauelement gemäß einer gemeinsamen Modifikation der ersten und der zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigt;

6 eine vertikale Querschnittsansicht, die ein bekanntes Halbleiterbauelement zeigt;

7 eine vertikale Querschnittsansicht, die Stromflüsse in dem bekannten Halbleiterbauelement zeigt; und

8 schematisch den Sperrverzögerungsbetrieb in dem Halbleiterbauelement.

Erste bevorzugte Ausführungsform

1 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die ein Halbleiterbauelement 101 gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Beispiele des Halbleiterbau elements 101 umfassen eine Freilaufdiode, eine Spannungsbegrenzungsdiode und dergleichen zur Verwendung in einer Schalteinrichtung mit hoher Durchbruchspannung, wie etwa einem Isoliergate-Bipolartransistor (IGBT) und einem Abschaltthyristor mit Gatekommutierung (GCT) .
Wie 1 zeigt, weist das Halbleiterbauelement 101 ein Halbleitersubstrat (erste Halbleiterschicht) 1 vom N-Typ (ersten Leitfähigkeitstyp) mit einer relativ geringen Störstellenkonzentration auf. Das Halbleitersubstrat 1 besteht beispielsweise aus Silicium. Das Halbleitersubstrat 1 hat Oberflächen S1 bis S4.
Dabei umgibt die Oberfläche (zweite Oberfläche) S2 die Oberfläche (erste Oberfläche) S1 und ist unter einem Winkel ?, der von 90° verschieden ist, mit der Oberfläche S1 verbunden. Die Oberfläche S2 entspricht einer sogenannten abgeschrägten Oberfläche. Der Winkel 8 des Halbleiterbauelements 101 wird als stumpfer Winkel angenommen.
Die Oberfläche (dritte Oberfläche) S3 ist zu den Oberflächen S1 und S2 entgegengesetzt, und die Oberfläche oder Seitenfläche S4 ist mit den Oberflächen S2 und S3 verbunden. Die Oberflächen S1 bis S4 bilden die Außenoberfläche des Halbleitersubstrats 1.
Eine Halbleiterschicht (zweite Halbleiterschicht) 22 vom P-Typ (zweiten Leitfähigkeitstyp) ist in der Oberfläche S1 des Halbleitersubstrats 1 gebildet. Eine Halbleiterschicht (dritte Halbleiterschicht) 23 vom P-Typ ist in Kontakt mit den Oberflächen 52 und S1 in dem Halbleitersubstrat 1 gebildet.
Die Halbleiterschichten 22 und 23 sind beispielsweise durch Ionenimplantation gebildet. Die Halbleiterschichten 22 und 23 werden nachstehend auch als P-Schicht 22 bzw. P-Schicht 23 bezeichnet. Die P-Schicht 23 umgibt die P-Schicht 22 in kontaktloser Beziehung dazu, quert aber nicht einen inneren Bereich des Halbleitersubstrats 1, der zwischen der P-Schicht 22 und der Oberfläche 53 liegt.
Die P-Schicht 23, die hier in Kontakt mit beiden Oberflächen S1 und S2 gezeigt ist, kann nur mit der Oberfläche S2 in Kontakt sein oder mit der Oberfläche S2 und der Seitenfläche S4 (und der Oberfläche 51) in Kontakt sein.
Bei dem hier beschriebenen Halbleiterbauelement 101 hat die P-Schicht 22 eine Kreiskonfiguration und die P-Schicht 23 eine Ringkonfiguration, die in Draufsicht, von oberhalb der Oberfläche S1 des Halbleiterbauelements 101 gesehen, mit der P-Schicht 22 konzentrisch ist. Die P-Schicht 22 kann jedoch auch eine elliptische oder tetragonale Konfiguration haben, während die P-Schicht 23 eine der P-Schicht 22 entsprechende Konfiguration hat.
Die P-Schichten 22 und 23 haben jeweils eine Störstellenkonzentration, die höher als die des Halbleitersubstrat 1 ist. Die P-Schichten 22 und 23 können hinsichtlich der Störstellenkonzentration einander gleich oder voneinander verschieden sein.
2 zeigt den Zusammenhang zwischen einem Abstand oder Trennabstand D zwischen den P-Schichten 22 und 23 in ihren eng beabstandeten Positionen und einem Kriechstrom, der dann fließt, wenn eine Sperrspannung zwischen der P-Schicht 22 und einer nachstehend zu beschreibenden Kathodenelektrode (Metallschicht) 33 angelegt wird. Dabei entspricht der Trennabstand D einem Abstand zwischen dem Außenumfang der P-Schicht 22 und dem Innenumfang der P-Schicht 23, in der obengenannten Draufsicht gesehen.
Aus dem Diagramm von 2 ist ersichtlich, daß der Kriechstrom sehr klein ist, wenn der Trennabstand D nicht größer als 50 μm ist, und abrupt ansteigt, wenn der Trennabstand D einen Wert von 50 μm überschreitet. Aufgrunddessen wird der Trennabstand D in dem Halbleiterbauelement 101 so eingestellt, daß er 50 μm nicht überschreitet.
Außerdem erstreckt sich die P-Schicht 23 näher an die Oberfläche S3 als die P-Schicht 22. Anders ausgedrückt, der Abstand D23 zwischen der Oberfläche S3 und einem Bereich der P-Schicht 23, der näher an der Oberfläche S3 ist, ist geringer als ein Abstand D22 zwischen der Oberfläche S3 und einem Bereich der P-Schicht 22, der näher an der Oberfläche S3 ist.
Eine Anodenelektrode 31 ist auf der Oberfläche S1 und in Kontakt mit der P-Schicht 22 gebildet, und die Kathodenelektrode (Metallschicht) 33 ist auf der gesamten Oberfläche S3 gebildet. Dabei ist die Kathodenelektrode 33 so auf der Seite der Oberfläche S3 gebildet, daß sie einen Bereich S322 der Oberfläche S3 bedeckt, der der P-Schicht 22 gegenüberliegt.
Die Anodenelektrode 31 und die Kathodenelektrode 33 sind durch ein Aufdampfverfahren oder dergleichen aus einem Metall mit einem niedrigen elektrischen Widerstandswert, beispielsweise Molybden (Mo), gebildet.
Das Halbleiterbauelement 101 hat die nachstehend beschriebenen Wirkungen.
Wie oben erläutert, sind die P-Schichten 22 und 23 in kontaktloser Beziehung zueinander. Dies ermöglicht es, daß der Durchlaßstrom und der Sperrstrom, die in dem Halbleiterbauelement 101 fließen, an einem Bereich zwischen der P-Schicht 22 und der Kathodenelektrode 33, also in der Mitte des Halbleitersubstrats 1, konvergieren oder sich dort konzentrieren. Das Halbleiterbauelement 101 kann also gegenüber dem bekannten Halbleiterbauelement 101P (siehe 6) die Wärmeerzeugung in seinem Umfangsbereich unterdrücken.
Deshalb unterdrückt das Halbleiterbauelement 101, das die sogenannte abgeschrägte Oberfläche S2 hat, aus der Wärmeerzeugung resultierende Störungen, so daß ein stabiler Betrieb durchgeführt wird. Außerdem gewährleistet die abgeschrägte Oberfläche S2 eine Durchbruchspannung oder maximal zulässige Spannung.
Ein Vergleich der 1 und 6 zeigt, daß die P-Schichten 22 und 23 als zwei Schichten angesehen werden können, in die die P-Schicht 2P des bekannten Halbleiterbauelements 101P an der Außenseite der Anodenelektrode 31P aufgeteilt ist. Wenn die Anodenelektroden 31 und 31P gleich groß sind, hat das Halbleiterbauelement 101 die gleiche Strombelastbarkeit wie das bekannte Halbleiterbauelement 101P.
Dabei bewirkt die Aufteilung der P-Schicht 2P in die zwei P-Schichten 22 und 23 nicht, daß das Halbleiterbauelement 101 eine geringere Strombelastbarkeit als das bekannte Halbleiterbauelement 101P hat. Bei dem Halbleiterbauelement 101 kann von den Verfahren zum Herstellen und zur Bewertung der Produktgüte, die bei dem bekannten Halbleiterbauelement 101P angewandt werden, Gebrauch gemacht werden.
Ferner ist die Kathodenelektrode 33 auf der Oberfläche S3, insbesondere auf der Seite der Oberfläche S3 so gebildet, daß sie den Bereich S322 der Oberfläche S3 bedeckt, der der P-Schicht 22 gegenüberliegt. Anders ausgedrückt, ausgehend von der Seite der Oberfläche S3 bedeckt die Kathodenelektrode 33 einen Bereich, in dem der obengenannte konvergierende Strom fließt.
Da Metall im allgemeinen eine hohe Wärmeableitungsfähigkeit oder Wärmeabgabeeigenschaft hat, kann die Kathodenelektrode 33 wirksam Wärme abführen. Die Kathodenelektrode 33 des Halbleiterbauelements 101, die auf der gesamten Oberfläche S3 gebildet ist, hat eine bessere Fähigkeit, Wärme von der Oberfläche S3 abzuführen als eine Kathodenelektrode, die nur nahe dem Bereich 5322 gebildet ist.
Außerdem gewährleistet der Trennabstand D zwischen den P-Schichten 22 und 23, der nicht größer als 50 μm ist, daß das Fließen eines Kriechstroms unterdrückt wird, wenn die Sperrspannung zwischen der P-Schicht 22 und der Kathodenelektrode 33 angelegt wird (siehe 2).
Zudem verringert die P-Schicht 23, die sich näher an die Oberfläche S3 erstreckt als die P-Schicht 22, wirksam eine elektrische Oberflächenfeldstärke an der Oberfläche S2. Deshalb hat das Halbleiterbauelement 101 eine Durchbruchspannung, die gegenüber einem Halbleiterbauelement, bei dem der Abstand D23 nicht kleiner als der Abstand D22 ist, verbessert ist.
Zweite bevorzugte Ausführungsform
3 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die ein Halbleiterbauelement 102 gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Wie 3 zeigt, weist das Halbleiterbauelement 102 zusätzlich zu den Komponenten des Halbleiterbauelements 101 von 1 eine Halbleiterschicht (vierte Halbleiterschicht) 24 und eine Halbleiterschicht (fünfte Halbleiterschicht) 25 auf.
Dabei ist die Halbleiterschicht (vierte Halbleiterschicht) 24 vom N-Typ in einem Teil der Oberfläche S3 gebildet, der der P-Schicht 22 im wesentlichen gegenüberliegt (siehe den Bereich 5322), und die Halbleiterschicht (fünfte Halbleiterschicht) 25 vom N-Typ ist in Kontakt mit der Halbleiterschicht 24 und der Oberfläche S3 gebildet.
Die Halbleiterschicht 25 hat eine Störstellenkonzentration, die höher als die des Halbleitersubstrats 1 ist, und die Halbleiterschicht 24 hat eine Störstellenkonzentration, die höher als die ihrer umgebenden Schichten, d.h. des Halbleitersubstrats 1 und der Halbleiterschicht 25 ist. Die Halbleiterschichten 24 und 25 werden nachstehend auch als N⁺⁺-Schicht 24 bzw. N⁺-Schicht 25 bezeichnet.
Die N⁺⁺-Schicht 24 und die N⁺-Schicht 25 sind durch Ionenimplantation gebildet, die N⁺-Schicht 25 kann jedoch durch Aufbringen auf die Oberfläche 53 gebildet sein; in diesem Fall ist die N⁺-Schicht 25 ebenfalls in Kontakt mit der N⁺⁺-Schicht 24 und der Oberfläche S3 gebildet. Die Kathodenelektrode 33 ist auf der N⁺-Schicht 25 gebildet; in diesem Fall ist die Kathodenelektrode 33 ebenfalls so auf der Seite der Oberfläche S3 gebildet, daß sie den Bereich S322 der Oberfläche 53 bedeckt, der der P-Schicht 22 gegenüberliegt.
4 ist eine vertikale Querschnittsansicht, die Stromflüsse in dem Halbleiterbauelement 102 zeigt. In 4 ist der Durchlaßstrom schematisch durch Vollinienpfeile gezeigt, und der Sperrstrom ist schematisch durch Strichlinienpfeile gezeigt.
Das Halbleiterbauelement 102 hat zusätzlich zu den Wirkungen des Halbleiterbauelements 101 die nachstehend beschriebenen Wirkungen.
Das Halbleiterbauelement 102, das die N⁺⁺-Schicht 24 und die N⁺-Schicht 25 aufweist, die eine höhere Elektronenkonzentration, d.h. eine größere Fähigkeit, Elektronen zu liefern, als das Halbleitersubstrat 1 haben, kann den Sperrstrom gegenüber dem Halbleiterbauelement 101 weiter verringern. Dadurch wird die aus dem Sperrstrom resultierende Wärmeerzeugung unterdrückt.
Dabei ermöglicht die in einem Teil der Oberfläche S3 gebildete N⁺⁺-Schicht 24, die der P-Schicht 22 im wesentlichen gegenüberliegt, daß der Sperrstrom an einem Bereich zwischen der N⁺⁺-Schicht 24 und der P-Schicht 22, d.h. in der Mitte des Halbleitersubstrats 1, konvergiert. Dadurch wird die Wärmeerzeugung im Umfangsbereich des Halbleitersubstrats 1 während der Erholung aus dem Sperrbetrieb unterdrückt.
Infolgedessen kann das Halbleiterbauelement 102 Störungen unterdrücken, die aus der durch den Sperrstrom erzeugten Wärme resultieren, so daß ein stabiler Betrieb durchgeführt wird.
Außerdem ermöglicht die N+-Schicht 25 einen ohmschen Kontakt zwischen dem Halbleitersubstrat 1 und der Kathodenelektrode 33, so daß die Durchlaßspannung verringert wird.
Gemeinsame Modifikationen der ersten und der zweiten bevorzugten Ausführungsform
Die vorstehende Beschreibung läßt sich auch auf ein Halbleiterbauelement 103 anwenden, das in 5 im vertikalen Querschnitt gezeigt ist, wobei der Winkel ? ein spitzer Winkel ist.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung sind der erste und der zweite Leitfähigkeitstyp zwar der N- bzw. P-Typ; die Leitfähigkeitstypen können jedoch umgekehrt sein.
Die Erfindung ist zwar im einzelnen beschrieben; die vorstehende Beschreibung ist jedoch in jeder Hinsicht beispielhaft und nicht einschränkend. Es versteht sich, daß zahlreiche andere Modifikationen und Abwandlungen möglich sind, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Halbleiterbauelement (101 bis 103), das folgendes aufweist: – eine erste Halbleiterschicht (1) eines ersten Leitfähigkeitstyps mit einer ersten Oberfläche (S1), mit einer zweiten Oberfläche (S2), die die erste Oberfläche (S1) umgibt und mit der ersten Oberfläche (S1) verbunden ist, und mit einer dritten Oberfläche (S3), die der ersten Oberfläche (S1) und der zweiten Oberfläche (S2) gegenüberliegt; – eine zweite Halbleiterschicht (22) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die in der ersten Oberfläche (S1) gebildet ist; und – eine dritte Halbleiterschicht (23) des zweiten Leitfähigkeitstyps, die die zweite Halbleiterschicht (22) in kontaktloser Beziehung zu der zweiten Halbleiterschicht (22) umgibt, wobei die dritte Halbleiterschicht (23) in der ersten Halbleiterschicht (1) und in Kontakt mit der zweiten Oberfläche (S2) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Oberfläche (S2) mit der ersten Oberfläche (S1) einen anderen Winkel (ϴ) als einen rechten Winkel einschließt, und daß sich die dritte Halbleiterschicht (23) näher an die dritte Oberfläche (S3) erstreckt als die zweite Halbleiterschicht (22).
Bauelement (101 bis 103) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (D) zwischen der zweiten Halbleiterschicht (22) und der dritten Halbleiterschicht (23) in ihren eng beabstandeten Positionen nicht größer als 50 μm ist.
Bauelement (101 bis 103) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Metallschicht (33), die auf der Seite der dritten Oberfläche (S3) so ausgebildet ist, daß sie einen Bereich (S322) der dritten Oberfläche (S3) bedeckt, der der zweiten Halbleiterschicht (22) gegenüberliegt.
Bauelement (102, 103) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine in einem Teil der dritten Oberfläche (S3) gebildete vierte Halbleiterschicht (24) des ersten Leitfähigkeitstyps, die der zweiten Halbleiterschicht (22) im wesentlichen gegenüberliegt, wobei die vierte Halbleiterschicht (24) eine Störstellenkonzentration hat, die höher als die Störstellenkonzentration ihrer umgebenden Schicht ist.
Bauelement (102, 103) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine fünfte Halbleiterschicht (25) des ersten Leitfähigkeitstyps, die in Kontakt mit der dritten Oberfläche (S3) ausgebildet ist, wobei die fünfte Halbleiterschicht (25) eine Störstellenkonzentration hat, die höher als die Störstellenkonzentration der ersten Halbleiterschicht (1) ist.