【手続補正書】
【提出日】平成26年12月17日(2014.12.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に形成されたチャネル層と、
前記チャネル層と接して形成された絶縁層と、
前記絶縁層の前記チャネル層と反対側に形成された、不純物がドープされた第１半導体層と、
前記第１半導体層の前記絶縁層と反対側に形成された、不純物がドープされた第２半導体層と、
前記第２半導体層の前記第１半導体層と反対側に形成されたゲート電極と、を備え、
前記第１半導体層の不純物密度を前記第１半導体層の比誘電率で除した値は、前記第２半導体層の不純物密度を前記第２半導体層の比誘電率で除した値より大きいことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第１半導体層の全体に空乏層が形成されるゲート電圧である遷移電圧より小さいゲート電圧では、前記第１半導体層の一部に空乏層が形成され、前記第２半導体層には空乏層が形成されず、
前記遷移電圧より大きいゲート電圧では、前記第１半導体層全体、及び前記第２半導体層の少なくとも一部に空乏層が形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２半導体層の不純物密度は前記第１半導体層の不純物密度の１／１０以下であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１半導体層と前記第２半導体層の間に形成された、前記第２半導体層と比べて不純物の拡散係数が低いバリア層を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記チャネル層の上に形成されたエミッタ層を備え、
前記絶縁層、前記第１半導体層、前記第２半導体層、及び前記ゲート電極は、前記チャネル層、及び前記エミッタ層を貫き前記基板に達するトレンチゲートを形成しており、
前記絶縁層のうち、前記エミッタ層と接する部分は、前記チャネル層と接する部分よりも厚く形成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記チャネル層の上に形成されたエミッタ層を備え、
前記絶縁層、前記第１半導体層、前記第２半導体層、及び前記ゲート電極は、前記チャネル層、及び前記エミッタ層を貫き前記基板に達するトレンチゲートを形成しており、
前記第１半導体層のうち、前記エミッタ層を貫く部分は、前記チャネル層を貫く部分よりも不純物密度が高いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１半導体層の層厚は、以下の数式を満たすことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【数１】
2014063841.tif 000001
【請求項８】
前記第２半導体層と前記ゲート電極の間に形成された、前記第２半導体層よりも抵抗値の低い低抵抗層を備えたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記基板はワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、又はダイヤモンドであることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記ゲート電極は前記第２半導体層よりも低抵抗であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記ゲート電極は高融点金属で形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
図４の場合、Ｑ、ＣＧＸ、ＶＣＨ、ＶＧＸ、ＶＩＮ、ＶＧが図２の場合と相違するので以下に示す。
Ｑ＝ｑＮＣＨ・ＸＣＨ＝ｑ（ＮＧＡ・ＸＧＡ＋ＮＧＢ・ＸＧＢ）
ＣＧＸ＝εＧＡ・εＧＡ／（εＧＢ・ＸＧＡ＋εＧＡ・ＸＧＢ）
ＶＣＨ＝０
ＶＧＸ＝Ｑ／ＣＣＸ＝ｑ・（ＮＧＡ・ＸＧＡ＋ＮＧＢ・ＸＧＢ）
×（εＧＢ・ＸＧＡ＋εＧＡ・ＸＧＢ）／（εＧＡ・εＧＢ）
ＶＩＮ＝Ｑ／ＣＩＮ＝ｑ／εＩＮ・ＮＣＨ・ｔＩＮ・ＸＣＨ
ＶＧ＝ＶＣＨ＋ＶＩＮ＋ＶＧＸ
＝ｑ・ＮＧＢ・／εＧＢＸＧＢ２＋ｑ・ＮＧＡ・ＮＧＢ・Ｂ１・ＸＧＢ
＋ｑ・ＮＧＡ・ＸＧＡ・（ＬＧＡ／εＧＡ＋ｔＩＮ／εＩＮ）
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
図５は、反転層が形成されない半導体装置にゲート電圧を印加したときに各層に印加される電圧を示すグラフである。ＶＧＭとは、第１半導体層２２の全体に空乏層が形成されるゲート電圧である。ゲート電圧がＶＧＭより小さいと第１半導体層２２にのみ空乏層が形成され、ＶＧＭより大きいと第２半導体層２４にまで空乏層が伸びる。ＶＧＭは半導体層２５の空乏層の伸び方が遷移する電圧であるので遷移電圧という。図５から分かるように、遷移電圧ＶＧＭ以下のゲート電圧ではＶＧＸはほぼ０である。他方、遷移電圧ＶＧＭより大きいゲート電圧の場合、遷移電圧ＶＧＭが大きいほどＶＧＸが増えるがＶＣＨとＶＩＮの増加は少ない。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
図６は、反転層が形成される半導体装置にゲート電圧を印加したときに各層に印加される電圧を示すグラフである。反転層が形成されるとＶＣＨがほぼ０になる。遷移電圧ＶＧＭ前後でのＶＧＸとＶＩＮは図５と同じ傾向を示す。なお、ゲート電圧の増加にともない図５の分圧状態から図６の分圧状態へ徐々に変化する。図５の場合は、遷移電圧ＶＧＭ（１２Ｖ）でも、チャネル領域が全く形成されない場合の第１半導体層２２の層厚（ＬＧＡ）に設定されており、図６の場合は、遷移電圧ＶＧＭ（１２Ｖ）で、完全に形成された場合のＬＧＡに設定されている。実際は、いずれかの状態または、その間のチャネルが不完全に形成された状態である。従って、チャネルの状態によってＬＧＡを１６．２〜２４．０ｎｍの適切な値に設定すると、１２Ｖを超えてゲート電圧を増加させてもＶＩＮとＶＣＨの増加を抑制できるので飽和電流がほとんど増加しないようにすることが可能となる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
図８は、第１半導体層の不純物密度を低下させたときに各層に印加される電圧を示すグラフである。第１半導体層の不純物密度は２Ｅ１７／ｃｍ３である。この場合遷移電圧ＶＧＭ以下のゲート電圧でＶＧＸが有意な値となっている。よってＶＧＭ以下のゲート電圧でＶＩＮを高めづらくなってしまうため、第１半導体層２２の不純物密度を低くし過ぎるべきではない。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
第１半導体層の層厚ＬＧＡは、以下の数式を満たすようにする。この数式はゲート電圧を遷移電圧ＶＧＭとしたときに第１半導体層全体に空乏層が形成されるＸＧＡを規定する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
【数４】
2014063841.tif 000002
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
第２半導体層２４中の空乏層のストッパとして、第２半導体層２４とゲート電極２６の間に第２半導体層２４よりも抵抗値の低い低抵抗層を設置してもよい。この低抵抗層は、ゲート電極２６の一部とみなすこともできる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
図１６の場合は、遷移電圧ＶＧＭ（３Ｖ）でも、チャネル領域が全く形成されない場合のＬＧＡに設定されており、図１７の場合は、遷移電圧ＶＧＭ（３Ｖ）で、完全に形成された場合のＬＧＡに設定されている。実際は、いずれかの状態または、その間のチャネルが不完全に形成された状態である。従って、チャネルの状態によってＬＧＡを３．０５〜５．４７ｎｍの適切な値に設定すると、３Ｖを超えてゲート電圧を増加させても第２半導体層１１４に空乏層が形成され、ＶＩＮとＶＣＨの増加を抑制できるので飽和電流がほとんど増加しないようにすることが可能となる。よって、本発明の実施の形態４によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。このように、本発明は、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴだけでなく、ＬＳＩに用いられるＭＯＳＦＥＴ等のＭＯＳ構造をもつデバイス全般に対して広く応用可能である。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2014063841.tif 000003
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2014063841.tif 000004
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2014063841.tif 000005
【手続補正１３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2014063841.tif 000006
【手続補正１４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2014063841.tif 000007
【手続補正１５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2014063841.tif 000008
【手続補正１６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１５】
2014063841.tif 000009
【手続補正１７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１６】
2014063841.tif 000010
【手続補正１８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１７】
2014063841.tif 000011