(57)【要約】      （修正有）【課題】ワイヤボンディング又はヒートサイクルに起因してストレスが発生しても、性能の変化が起き難い高信頼性の炭化シリコンデバイスを提供する。【解決手段】半絶縁性基板３０５の表面３０１Ｓ２上には、ｎ型炭化シリコン層３０１が下地として形成される。表面３０１Ｓ１の第１領域Ｒ１上には、第１領域Ｒ１とのオーミック接触を有する陽極電極ないしはオーミックドレイン電極３０２が形成される。表面３０１Ｓ１の第２領域Ｒ２上にも、第２領域Ｒ２とのオーミック接触を有する陰極電極ないしはオーミックソース電極３０３が形成される。表面３０１Ｓ１の第３領域Ｒ３上には、第３領域Ｒ３とのショットキー接触を有する厚み５μ以上のショットキーゲート電極３０４が形成され、半絶縁性基板３０５の裏面上には、蒸着法等によって形成された金属層３０６が配設される。【選択図】図３
2011091424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の導電型の炭化シリコン層と、
前記炭化シリコン層の表面の所定の領域とのショットキー接触を有するショットキー障壁電極とを備え、
前記ショットキー障壁電極の厚みは５μｍ以上であることを特徴とする、
半導体装置。
【請求項２】
所定の導電型の炭化シリコン層と、
前記炭化シリコン層の表面上に形成された複数の電極と、
外部からの押圧によって、前記複数の電極の内の少なくとも一つの電極と電気的に接触する基板とを備え、
前記基板の主成分は、炭素、炭化シリコン、アルミニウム、金、銀、及び銅の内の何れか一つのものであることを特徴とする、
半導体装置。
【請求項３】
請求項２記載の半導体装置であって、
前記少なくとも一つの電極はショットキー障壁電極であり、
前記ショットキー障壁電極の厚みは５μｍ以上であることを特徴とする、
半導体装置。
【請求項４】
請求項３記載の半導体装置であって、
前記複数の電極は、前記炭化シリコン層の第１表面上に形成された前記ショットキー障壁電極と、前記第１表面に対向する前記炭化シリコン層の第２表面上に形成されたオーミック電極とを備え、
前記半導体装置は、
外部からの押圧によって、前記ショットキー障壁電極と電気的に接触する第１基板と、
外部からの押圧によって、前記オーミック電極と電気的に接触する第２基板とを更に備え、
前記第１基板の主成分は、炭素、炭化シリコン、アルミニウム、金、銀、及び銅の内の何れか一つのものであり、
前記第２基板の主成分は、炭素、炭化シリコン、アルミニウム、金、銀、及び銅の内の何れか一つのものであることを特徴とする、
半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、炭化シリコンを母材料とする半導体装置に関するものである。尚、以下では高圧用半導体装置を例にとり本発明を記載しているが、この発明は、その様な用途に限定されるものではなく、あらゆる用途に使用可能な半導体装置に適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
既知の通り、電流型インバータは、逆方向の電圧阻止能力を必要とする。そのため、逆方向に関して電圧阻止能力を持たないスイッチング素子（例えばＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴ）を有する電流型インバータにおいては、一般的に、当該スイッチング素子に直列に接続されたダイオードを使用している。
【０００３】
図７は、電流型インバータに使用されている従来のモジュール型素子の縦断面図である。図７に示す様に、密閉容器６１７内には、共にシリコンを母材料とする、スイッチングデバイス６０１とダイオード６０２とが配置されている。
【０００４】
ここで、スイッチングデバイス６０１は、その表面上に形成された陰極電極６０３及び制御電極６０４と、その裏面上に形成された陽極電極６０５とを、有する。又、ダイオード６０２は、その表面上に形成された陽極電極６０６と、その裏面上に形成された陰極電極６０７とを、有する。そして、スイッチングデバイス６０１の陽極電極６０５及びダイオード６０２の陰極電極６０７は、共に導通板６０８に半田付けされている。従って、両電極６０５、６０７は、半田層６０９及び導通板６０８を介して、相互に電気的に接続されている。これに対して、スイッチングデバイス６０１の陰極電極６０３及び制御電極６０４は、それぞれ、ボンディングワイヤ６１３によって、陰極導通バー６１０及び制御導通バー６１１に接続されている。又、ダイオード６０２の陽極電極６０６は、ボンディングワイヤ６１３によって、陽極導通バー６１２に接続されている。
【０００５】
他方、導通板６０８は、絶縁基板６１４を介して、中空の溝６１６を備える金属体６１５に接続されている。そして、溝６１６内には、水等の冷却媒体が循環されている。この構成によって、各デバイス６０１、６０２の損失によって発生する熱は、裏面上の対応する電極６０５、６０７、半田層６０９、導通板６０８、絶縁基板６１４、金属体６１５及び冷却媒体を介して、放出される。
【０００６】
ここで、炭化シリコンは、シリコンに較べて、大きなバンド間エネルギーギャップを有するため、熱的に高い安定性を有する。このため、炭化シリコンを用いて作られたデバイスは、１０００ケルビン迄の高温においても、動作可能である。その上、炭化シリコンは、シリコンに較べて、大きな熱伝導度を有するので、炭化シリコンデバイスを高密度で配置することが出来る。更に、炭化シリコンはシリコンのそれよりも約１０倍も大きい降伏電圧を有するので、炭化シリコンは、デバイスの阻止状態において高い電圧が発生するかもしれない条件で動作するデバイスの母材料に適している。換言すれば、ある電圧を維持するために必要とされる炭化シリコンデバイスの厚みは、シリコンを母材料とするデバイスの厚みよりも、大幅に薄くて良く、そのため、炭化シリコンデバイスは、スイッチング損失と定常損失との間に成立する二律背反の関係を改善出来ると、期待されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
炭化シリコンはシリコンのそれよりも約１０倍も大きい降伏電圧を持つことから、炭化シリコンデバイスでは、ある電圧阻止能力に必要な空乏層の幅は非常に薄くなる。従って、陽極電極と陰極電極との距離は短くなり、電極間距離にほぼ比例する、電流通電時の電圧降下は小さくなる。言い換えれば、炭化シリコンを母材料に用いることは、電流通電時に発生する定常損失を小さくすることを可能にする。この効果により、炭化シリコンを利用した、スイッチングデバイス又はダイオードは、シリコンを利用した、スイッチングデバイス又はダイオードと較べて、スイッチング損失と定常損失との間に成立する二律背反の関係を大幅に改善出来ると言う利点を有する。
【０００８】
更に、炭化シリコンデバイスは高温で動作可能であるので、炭化シリコンデバイスは、ヒートシンク等の素子冷却機構を簡素化することが出来ると言う利点をも有する。
【０００９】
しかしながら、炭化シリコン内にｐｎ接合を作る場合には、シリコン内にｐｎ接合を作る場合よりも、非常に高温の熱処理が必要になり、既存のシリコン用製造設備を利用することが出来ないと言う問題点がある。
【００１０】
更に、炭化シリコンの表面上に形成された電極にワイヤを超音波ボンディングする際には、ボンディング時の荷重等の条件によって発生するストレスが当該電極に加わり、このために炭化シリコンと当該電極との接合状態が変化し、期待した性能が得られないと言う問題点がある。
【００１１】
更に、炭化シリコンと電気的に接触する導電板を有する炭化シリコンデバイスにおいて、炭化シリコンの熱膨張係数と導電板の熱膨張係数との間に差がある場合には、ヒートサイクルに起因して生じるストレスによってデバイスの性能に変化が生じると言う問題点がある。
【００１２】
本発明はこれらの問題点を解決するためになされたものであり、ワイヤボンディング又はヒートサイクルに起因してストレスが発生しても、性能の変化が起き難い高信頼性の炭化シリコンデバイスを開発することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１の発明は、所定の導電型の炭化シリコン層と、前記炭化シリコン層の表面の所定の領域とのショットキー接触を有するショットキー障壁電極とを備え、前記ショットキー障壁電極の厚みは５μｍ以上であることを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明は、半導体装置であって、所定の導電型の炭化シリコン層と、前記炭化シリコン層の表面上に形成された複数の電極と、外部からの押圧によって、前記複数の電極の内の少なくとも一つの電極と電気的に接触する基板とを備え、前記基板の主成分は、炭素、炭化シリコン、アルミニウム、金、銀、及び銅の内の何れか一つのものであることを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項２記載の半導体装置であって、前記少なくとも一つの電極はショットキー障壁電極であり、前記ショットキー障壁電極の厚みは５μｍ以上であることを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項３記載の半導体装置であって、前記複数の電極は、前記炭化シリコン層の第１表面上に形成された前記ショットキー障壁電極と、前記第１表面に対向する前記炭化シリコン層の第２表面上に形成されたオーミック電極とを備え、前記半導体装置は、外部からの押圧によって、前記ショットキー障壁電極と電気的に接触する第１基板と、外部からの押圧によって、前記オーミック電極と電気的に接触する第２基板とを更に備え、前記第１基板の主成分は、炭素、炭化シリコン、アルミニウム、金、銀、及び銅の内の何れか一つのものであり、前記第２基板の主成分は、炭素、炭化シリコン、アルミニウム、金、銀、及び銅の内の何れか一つのものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１の発明によれば、ショットキー障壁電極にワイヤをボンディングする際にショットキー障壁電極に印加されるストレスを有効に分散・緩和することによって、ショットキー障壁の高さの変化及び性能の変化を防止することが出来、以て信頼性の高い半導体装置を提供することが可能となる。
【００１８】
請求項２の発明によれば、基板はヒートサイクルに起因して発生するストレスを軽減することが出来るので、性能の変化が起き難い信頼性の高い半導体装置を提供することが出来る。
【００１９】
請求項３の発明によれば、ショットキー障壁電極を外部から押圧する際に当該電極に印加されるストレスをショットキー障壁電極自体が有効に分散・緩和することが出来るため、より一層性能の変化が起き難く、より一層信頼性の高い半導体装置を提供することが出来る。
【００２０】
請求項４の発明によれば、ヒートサイクルに起因して発生するストレス及び外部からの押圧に起因して発生するストレスの何れによっても性能の変化を引き起こしにくいので、高信頼性を有する、炭化シリコン層を利用したダイオードを実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るモジュール装置の構成を示す縦断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る半導体装置の構成を示す縦断面図である。
【図４】ゲート電極の厚みとリーク電流比との関係の実測値を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態２に係るモジュール装置の構成を示す縦断面図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る半導体装置の構成を示す縦断面図である。
【図７】従来技術に係るモジュール装置の構成を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
実施の形態１は既述した第１目的を実現するものであり、実施の形態２及び３は既述した第２目的を実現するものに関する。以下、図面に基づき、本発明の各実施の形態を記載する。
【００２３】
（実施の形態１）
本実施の形態に係る半導体装置の特徴点は、炭化シリコン層上に形成されたスイッチング素子（ＭＥＳＦＥＴ）の陽極電極を、炭化シリコン層の表面とのショットキー接触を有する金属で構成することにある。以下、この特徴点を図１に基づき詳述する。
【００２４】
ここで図１は、本実施の形態に係る半導体装置１００の構造を示す縦断面図である。同装置１００は、炭化シリコンをその母材料とするスイッチング素子ないしはＭＥＳＦＥＴを有しており、しかも、当該スイッチング素子は逆方向電圧阻止能力を有する。
【００２５】
図１のＭＥＳＦＥＴは、所定の導電型（ここではｎ型）の炭化シリコン層１０１を、その母材ないしは下地として、有する。このｎ型炭化シリコン層１０１の表面ないしは主面１０１Ｓ１は、第１領域Ｒ１と、第１領域Ｒ１に対向する第２領域Ｒ２と、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とで挟まれた第３領域Ｒ３とを、部分的に有する。更に、本ＭＥＳＦＥＴは、表面１０１Ｓ１の第１領域Ｒ１とのショットキー接触を有する陽極電極ないしはショットキードレイン電極１０２を有する。即ち、ショットキードレイン電極１０２は、ショットキー障壁電極である。更に、本ＭＥＳＦＥＴは、表面１０１Ｓ１の第２領域Ｒ２とのオーミック接触を有する陰極電極ないしはオーミックソース電極１０３を有する。即ち、オーミックソース電極１０３は、オーミック電極である。更に、本ＭＥＳＦＥＴは、表面１０１Ｓ１の第３領域Ｒ３とのショットキー接触を有する制御電極ないしはショットキーゲート電極１０４を有する。即ち、ショットキーゲート電極１０４は、ショットキー障壁電極である。
【００２６】
又、ｎ型炭化シリコン層１０１の表面１０１Ｓ１に対向する裏面１０１Ｓ２上には、例えば半絶縁性ＧａＡｓ基板より成る半絶縁性基板１０５が形成されている。更に、半絶縁性基板１０５の表面上には、例えば蒸着法によって、金属層１０６が形成されている。
【００２７】
以上の様に構成された本ＭＥＳＦＥＴは、ショットキー障壁を形成する金属から成るドレイン電極１０２を有するので、ドレイン電極１０２とソース電極１０３間には、ショットキーバリアダイオードが形成されている状態が実現されている。従って、本ＭＥＳＦＥＴは、スイッチング機能とダイオード機能とを兼ね備えている。換言すれば、本ＭＥＳＦＥＴは、スイッチング素子とダイオードとを一体化した構造を備える。このため、本半導体装置１００は、炭化シリコン層内にｐｎ接合を形成することなく、逆方向の電圧阻止能力を有しており、従来は必要とされた直列ダイオードを必要とはしない。しかも、本半導体装置１００は、炭化シリコン層１０１をスイッチング素子の母材として有しているので、高耐圧で低損失のスイッチング素子と言う利点をも維持している。
【００２８】
図２は、図１の半導体装置１００のみをその内部に有するモジュール型素子ないしはモジュール装置の構造を示す縦断面図である。
【００２９】
炭化シリコンを利用した半導体装置１００は、次の通りの構成によって、密閉容器１１０内に配置されている。即ち、半導体装置１００の金属層１０６は、導通板１０８の表面１０８Ｓ上に半田付けされており、これにより、金属層１０６から半田層１０７を介して導通板１０８にまで至る放熱経路が形成されている。又、導通板１０８は、ヒートシンクとして機能する中空の溝１０９を有しており、各溝１０９内には水等の冷却媒体が循環されている。他方、ＭＥＳＦＥＴのドレイン電極１０２とソース電極１０３とゲート電極１０４とは、それぞれ、ボンディングワイヤ１１４によって、ドレイン電極導通バー１１１とソース電極導通バー１１３とゲート電極導通バー１１２とに接続されている。ＭＥＳＦＥＴの損失によって発生した熱は、上記の放熱経路及び上記の冷却媒体から成る経路を通じて放熱される。
【００３０】
以上の通り、本モジュール装置においては、密閉容器１１０は導通板１０８及び半導体装置１００を密閉しており、しかも、導通板１０８の表面１０８Ｓ上には、半導体装置１００のみが配置されており、従来必要とされた直列ダイオードは密閉容器１１０内に配置されてはいない。このため、本モジュール装置は、図７に示すモジュール装置と較べて、小型・軽量であるという利点を有する。
【００３１】
（変形例）
図１に示すドレイン電極１０２及びゲート電極１０４の内の少なくとも一方のショットキー障壁電極の厚みを５μｍ以上となる様に設定しても良い（厚みの上限値は製造能力によって画される）。その様な構成を採用する着眼点は、後述する実施の形態２の記載によって明らかとなる。
【００３２】
本変形例によれば、少なくとも一方のショットキー障壁電極にワイヤをボンディングする際に当該ショットキー障壁電極に印加されるストレスを有効に分散・緩和することが出来る結果、ショットキー接触界面に於ける性能の変化が少ない、信頼性の高い半導体装置を実現することが出来る。
【００３３】
（実施の形態２）
炭化シリコン層上に形成されたショットキー障壁電極にワイヤをボンディングする際に当該ショットキー障壁電極に印加されるストレスは、接触界面の状態に左右される電位障壁（ショットキーバリア）の高さを微妙に変化させる。この変化により、スイッチング素子（ＭＥＳＦＥＴ）の性能が変化する。そこで、本実施の形態では、ショットキー障壁電極と炭化シリコン層との接触界面に加わるワイヤボンディング時のストレスがスイッチング素子の性能に影響を及ぼさない様にする改善を施している。即ち、本実施の形態に係る半導体装置は、所定の導電型の炭化シリコン層と、炭化シリコン層の表面内の所定の領域とのショットキー接触を有するショットキー障壁電極とを備え、ショットキー障壁電極の厚みは５μｍ以上に設定されている。以下、図面に基づき、本実施の形態を記載する。
【００３４】
図３は、本実施の形態に係る半導体装置３００の構成を示す縦断面図である。本半導体装置３００は、半絶縁性基板３０５上に形成された金属・半導体電界効果トランジスタを有する。先ず、半絶縁性基板３０５の表面３０１Ｓ２上には、ｎ型炭化シリコン層３０１が下地として形成されている。そして、このｎ型炭化シリコン層３０１の表面ないしは主面３０１Ｓ１は、第１領域Ｒ１と、第１領域Ｒ１に対向する第２領域Ｒ２と、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とで挟まれた第３領域Ｒ３とを、部分的に有する。更に、表面３０１Ｓ１の第１領域Ｒ１上には、第１領域Ｒ１とのオーミック接触を有する陽極電極ないしはオーミックドレイン電極３０２が、形成されている。更に、表面３０１Ｓ１の第２領域Ｒ２上にも、第２領域Ｒ２とのオーミック接触を有する陰極電極ないしはオーミックソース電極３０３が、形成されている。更に、表面３０１Ｓ１の第３領域Ｒ３上には、第３領域Ｒ３とのショットキー接触を有するショットキーゲート電極３０４が、形成されている。即ち、ゲート電極３０４は、ショットキー障壁電極である。このゲート電極３０４の厚みＴは、約５μｍ以上である。他方、半絶縁性基板３０５の裏面上には、蒸着法等によって形成された金属層３０６が配設されている。
【００３５】
図４は、ゲート電極厚み（横軸）と、ショットキーゲート電極３０４に所定の条件でワイヤをボンディングする前後における、オーミックソース電極３０３とショットキーゲート電極３０４間にある一定の電圧を印加した場合に流れるリーク電流の比（ワイヤボンディング後のリーク電流／ワイヤボンディング前のリーク電流）（縦軸）との関係の実測値を示すグラフである。図４に示す様に、リーク電流の比はゲート電極厚みの影響を受ける。図４の実測値において、リーク電流の比の許容値を２倍以下と設定するときには、これを実現し得るゲート電極厚みは約５μｍ以上でなければならない（上限値は製造装置の能力によって画される）。即ち、ゲート電極厚みを約５μｍ以上に設定するときには、ワイヤボンディング前後でのリーク電流の変化は殆ど見られなくなることを、実験により見出した。
【００３６】
以上の結果より、ゲート電極３０４の厚みＴを約５μｍ以上に設定することにより、ワイヤボンディングによって発生するストレスを分散・緩和することが出来、当該ストレスはショットキー接触界面に対して影響を及ぼさないことになる。これにより、ゲート電極３０４へのワイヤボンディングによって発生する不良率の低減を図ることが出来、ゲート特性に関して信頼性の高い製品を実現することが出来る。
【００３７】
図５は、本実施の形態に係るモジュール装置の内部構成を示す縦断面図である。図５中、図７の参照符号と同一の参照符号は同一の構成要素を示す。図５に示す通り、図３の半導体装置３００と、当該半導体装置３００に直列に接続すべきダイオード６０２とは、共に導通板１０８上に配設されていると共に、密閉容器３１０内に密閉配置されている。
【００３８】
（実施の形態３）
炭化シリコン層を母材料とするスイッチング素子は、シリコンを母材料とするスイッチング素子よりも小さな損失を有するけれども、大電流を制御する場合には、炭化シリコンスイッチング素子はかなり発熱するので、熱をヒートシンク等によって逃がす必要性がある。そして、炭化シリコンスイッチング素子は動作時に発熱し、動作停止時にその温度は周囲温度になるので、この繰り返しによって、炭化シリコンスイッチング素子にはヒートサイクルが加わる。ここで、外部からの押圧によって炭化シリコンスイッチング素子の電極と電気的に接触する媒体ないしは基板は主たる放熱経路となるが、その放熱経路の大部分は電流の通路であるため、上記媒体での損失が小さいこと、従って、上記媒体の電気導電率が高いことが望まれる。他方で、ヒートサイクルに起因して炭化シリコンスイッチング素子に加わる応力を抑えるには、炭化シリコンスイッチング素子の材質とほぼ同等の熱膨張係数を有する材質で以て、放熱経路を成す上記媒体を形成することが必要である。
【００３９】
そこで、本実施の形態では、放熱経路を成す上記基板を、炭素グラファイト又は炭化シリコン（ＳｉＣ）の何れか一方を主成分とする材料で以て形成することとしている。これらの材料は、炭化シリコンと同等の熱膨張係数を有し、高い電気導電率を有すると共に、低コスト性をも有している。
【００４０】
あるいは、本実施の形態では、放熱経路を成す上記基板を、アルミニウム、金、銀、及び銅の内の何れか一つのものを主成分とする材料で以て形成することとしている。これらの材料は、高電気伝導率を有し、しかも、軟らかい金属であるため、炭化シリコン層と上記基板との間の熱膨張率の差異を自己の変位で以て吸収することが出来る。
【００４１】
以下、図面を参照しつつ、本実施の形態に係る半導体装置の構成・効果を具体的に説明すると共に、上記の材料を選定した根拠を記載する。
【００４２】
図６は、本実施の形態に係る半導体装置５００を示す縦断面図である。本半導体装置５００は、炭化シリコンダイオードを有する。図６において、ｎ型炭化シリコン層５０１を成すｎ型炭化シリコン基板の第１表面５０１Ｓ１上には、ｎ型炭化シリコンとの界面にショットキー障壁を作る金属から成るショットキーアノード電極５０２が形成されている。又、第１表面５０１Ｓ１と対向する第２表面（裏面に相当）５０１Ｓ２上には、当該裏面とオーミック接触を成すオーミックカソード電極５０３が形成されている。
【００４３】
この様な構造を有するダイオードは、次の様にして、密閉容器５０８内に配置される。即ち、ダイオードのアノード電極５０２は、ｎ型炭化シリコン層５０１と第１基板５０４Ａとでサンドイッチされ、同様に、カソード電極５０３は、ｎ型炭化シリコン層５０１と第２基板５０４Ｂとでサンドイッチされる。ここで、第１及び第２基板５０４Ａ、５０４Ｂは、例えば炭素グラファイト板より成る。更に、アノード電極５０２及びカソード電極５０３は、共に銅製の外部アノード電極５０５及び外部カソード電極５０６によって、サンドイッチされている。そして、外部アノード電極５０５と外部カソード電極５０６間に外部から荷重が加えられており、この際に生じる押圧によって、第１及び第２基板５０４Ａ、５０４Ｂはそれぞれアノード電極５０２及びカソード電極５０３と電気的に接触し、その結果、アノード電極５０２及びカソード電極５０３はそれぞれ外部アノード電極５０５及び外部カソード電極５０６と電気的に導通する。
【００４４】
又、外部アノード電極５０５及び外部カソード電極５０６の各々の内部には、中空の溝５０７が形成されており、各溝５０７内には水等の冷却媒体が循環されている。この構成により、ダイオードに電流を流すことにより生じる損失に起因して発生する熱は、第１基板５０４Ａ、外部アノード電極５０５及び冷却媒体から成る第１放熱経路を介して、あるいは、第２基板５０４Ｂ、外部カソード電極５０６及び冷却媒体から成る第２放熱経路を介して、放熱される。
【００４５】
ここで、ショットキーアノード電極５０２の厚みＴは、５μｍ以上に設定されている。この設定により、上記荷重によってショットキーアノード電極５０２に加わる外部ストレスによる影響を軽減することが出来る。この点は、実施の形態２で既述した通りである。
【００４６】
以上に記載した様な押圧で電気的接触を得る構造は、両側の外部電極に放熱することが出来る点で、優れた冷却効率を有する。しかしながら、繰り返されるヒートサイクル下では、各材料の熱膨張係数差に起因して発生するストレスがダイオードに加わり、ダイオードの性能に変化が起き得る。
【００４７】
この様なヒートサイクルに起因した性能の変化を軽減するべく、第１及び第２基板５０４Ａ、５０４Ｂに用いる材料の選定試験を実施した。即ち、７００Ｖ程度の電圧阻止能力ないしは降伏電圧を有する炭化シリコンダイオードを用いると共に、第１及び第２基板５０４Ａ、５０４Ｂの材質に電気導電率の比較的高い色々な材質を適用することで、様々な被試験用ダイオードを製作した。そして、各被試験用ダイオードに逆方向電圧を印加して、各ダイオードが６００Ｖ以上の電圧阻止能力を有することを確認した上で、各ダイオードを９８０Ｎ／ｃｍ2の荷重で押圧し、その押圧状態に維持された各ダイオードに対して、０℃（５分）から１５０℃（５分）を経て０℃（５分）に至るサイクルを１サイクルとするヒートサイクルを１０００サイクル印加する試験を実施した。各材質のサンプル数は５個である。そのヒートサイクル試験結果を表１に示す。
【００４８】
【表１】
2011091424.tif 000003
【００４９】
表１は、各材質毎に、試験終了後の電圧阻止能力が６００Ｖ未満となったサンプル数を示している。
【００５０】
表１より明らかな通り、第１及び第２基板が、炭素、炭化シリコン、アルミニウム、金、銀、及び銅の内の何れか一つのものを主成分とする材質からなる場合には、試験終了後の電圧阻止能力が６００Ｖ未満となったサンプルは皆無であり、その様な材質からなる基板は耐ヒートサイクル能力に優れていることが見出された。
【００５１】
ここで、炭化シリコン板を第１及び第２基板に採用する場合には、基板の熱膨張係数は炭化シリコンダイオードの母材料のそれと等しいので、その様な第１及び第２基板は熱ストレスをダイオード自体にそれほど与えないものと、考えられる。又、炭素を主成分とする板を第１及び第２基板に採用する場合には、基板内の炭素の多結晶体はそれ自体が微粒粉末になることで熱膨張係数差に起因するストレスを容易に吸収しているものと、思われる。更に、アルミニウム、金、銀、及び銅の内の何れか一つのものを主成分とする板を第１及び第２基板に採用する場合には、それらの金属の熱膨張係数は何れも炭化シリコンのそれとは異なるものの、それらの金属は軟金属であるために、各金属自体が容易に変形することで、熱膨張係数差に起因するストレスを容易に吸収している結果、上記ストレスはさほどダイオードに影響を及ぼしていないものと、考えられる。
【００５２】
以上の結果より、炭素、炭化シリコン、アルミニウム、金、銀、及び銅の内の何れか一つのものを主成分とする材料によって、第１及び第２基板５０４Ａ、５０４Ｂを形成し、外部からの押圧によって各基板５０４Ａ、５０４Ｂを対応する電極５０２、５０３に電気的に接触させれば良い。この構成を採ることによって、ヒートサイクルに起因して炭化シリコンデバイスに加わる応力を格段に軽減させて、性能変化が起き難い、信頼性の高い炭化シリコンデバイスを提供することが可能となる。
【００５３】
尚、第１及び第２基板５０４Ａ、５０４Ｂの何れか一方のみを、炭素、炭化シリコン、アルミニウム、金、銀、及び銅の内の何れか一つのものを主成分とする材料によって構成することとしても良い。この場合には、上記の一方の基板についてのみ、上記の効果が得られる。即ち、本発明においては、炭化シリコン層の表面上に形成された複数の電極の内の少なくとも一つの電極と外部からの押圧によって電気的に接触する基板の主成分が、炭素、炭化シリコン、アルミニウム、金、銀、及び銅の内の何れか一つのものであれば良い。
【符号の説明】
【００５４】
１０１，３０１，５０１  ｎ型炭化シリコン層、１０２，３０２，５０２  陽極電極、１０３，３０３，５０３  陰極電極、１０４，３０４  制御電極、１０５，３０５  半絶縁性基板、１０６，３０６  金属層、１０７  半田層、１０８  導通板、１１０，３１０，５０８  密閉容器、５０４Ａ，５０４Ｂ  基板、Ｒ１  第１領域、Ｒ２  第２領域、Ｒ３  第３領域、Ｔ  電極厚み。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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