(57)【要約】【課題】ゲート絶縁膜と炭化珪素層との界面での界面トラップを減少させ、しきい値電圧を安定できる炭化珪素ＭＯＳＦＥＴインバータ回路を提供する。【解決手段】インバータ回路は、第１炭化珪素ＭＯＳＦＥＴと、第２炭化珪素ＭＯＳＦＥＴとが、直列に接続される。前記第１炭化珪素ＭＯＳＦＥＴおよび前記第２炭化珪素ＭＯＳＦＥＴがオフであるデッドタイムに、前記第１炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの内蔵ダイオードおよび前記第２炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの内蔵ダイオードに１００Ａ／ｃｍ2以上の過渡電流が流れる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１炭化珪素ＭＯＳＦＥＴと、第２炭化珪素ＭＯＳＦＥＴとが、直列に接続されたインバータ回路であって、
前記第１炭化珪素ＭＯＳＦＥＴおよび前記第２炭化珪素ＭＯＳＦＥＴがオフであるデッドタイムに、前記第１炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの内蔵ダイオードおよび前記第２炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの内蔵ダイオードに、前記第１炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの炭化珪素層と酸化膜との界面および前記第２炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの炭化珪素層と酸化膜との界面に存在するホールを放出できる光を前記第１炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの内蔵ダイオードおよび前記第２炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの内蔵ダイオードから発することができる過渡電流が流れることを特徴とする炭化珪素ＭＯＳＦＥＴインバータ回路。
【請求項２】
前記過渡電流は、１００Ａ／ｃｍ2以上であることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素ＭＯＳＦＥＴインバータ回路。
【請求項３】
１００Ａ／ｃｍ2以上の前記過渡電流により、前記第１炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの内蔵ダイオードおよび前記第２炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの内蔵ダイオードが発光し、
前記発光によるエネルギーは３．２ｅＶ以上であることを特徴とする請求項２に記載の炭化珪素ＭＯＳＦＥＴインバータ回路。
【請求項４】
前記第１炭化珪素ＭＯＳＦＥＴに逆並列に接続された第１ダイオードと、前記第２炭化珪素ＭＯＳＦＥＴに逆並列に接続された第２ダイオードと、をさらに含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の炭化珪素ＭＯＳＦＥＴインバータ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴインバータ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高電圧や大電流を制御するパワー半導体装置の構成材料として、シリコン（Ｓｉ）が用いられている。パワー半導体装置は、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）など複数種類あり、これらは用途に合わせて使い分けられている。
【０００３】
例えば、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴは、ＭＯＳＦＥＴに比べて電流密度は高く大電流化が可能であるが、高速にスイッチングさせることができない。具体的には、バイポーラトランジスタは数ｋＨｚ程度のスイッチング周波数での使用が限界であり、ＩＧＢＴは数十ｋＨｚ程度のスイッチング周波数での使用が限界である。一方、パワーＭＯＳＦＥＴは、バイポーラトランジスタやＩＧＢＴに比べて電流密度が低く大電流化が難しいが、数ＭＨｚ程度までの高速スイッチング動作が可能である。
【０００４】
しかしながら、市場では大電流と高速性とを兼ね備えたパワー半導体装置への要求が強く、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳＦＥＴはその改良に力が注がれ、現在ではほぼ材料限界に近いところまで開発が進んでいる。パワー半導体装置の観点からシリコンに代わる半導体材料が検討されており、低オン電圧、高速特性、高温特性に優れた次世代のパワー半導体装置を作製（製造）可能な半導体材料として炭化珪素（ＳｉＣ）が注目を集めている。
【０００５】
その背景には、ＳｉＣは化学的に非常に安定な材料であり、バンドギャップが３ｅＶと広く、高温でも半導体として極めて安定的に使用できるからである。また、最大電界強度もシリコンより１桁以上大きいからである。ＳｉＣはシリコンにおける材料限界を超える可能性大であることからパワー半導体用途、特にＭＯＳＦＥＴでは今後の伸長が大きく期待される。特にそのオン抵抗が小さいことが期待されているが高耐圧特性を維持したままより一層の低オン抵抗を有する炭化珪素ＭＯＳＦＥＴが期待できる。
【０００６】
従来の炭化珪素半導体装置の構造について、縦型ＭＯＳＦＥＴを例に説明する。図８は、従来の炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。図８に示すように、ｎ+型炭化珪素基板１のおもて面にｎ型炭化珪素エピタキシャル層２が堆積され、ｎ型炭化珪素エピタキシャル層２の表面にｐ+型ベース領域３、ｐ型ベース層４が選択的に設けられる。また、ｐ+型ベース領域３の表面にｎ+型ソース領域５、ｐ+型コンタクト領域６、ｎ型ウェル領域７が選択的に設けられる。
【０００７】
ｐ型ベース層４およびｎ+型ソース領域５との表面に、ゲート絶縁膜８を介してゲート電極９が設けられている。また、ｎ型炭化珪素エピタキシャル層２、ｐ+型コンタクト領域６およびｎ+型ソース領域５の表面に、ソース電極１０が設けられている。また、ｎ+型炭化珪素基板１の裏面には、ドレイン電極１１が設けられている。
【０００８】
このような構造の縦型ＭＯＳＦＥＴは、高温下における動作時にゲート電極９に高電界を印加すると、しきい値電圧（Ｖｔｈ）が経時的に変動する。これに対して、ゲート絶縁膜８と炭化珪素層（例えば、ｐ型ベース層４およびｎ+型ソース領域５）との界面を窒化することで、しきい値電圧の変動を抑えたＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴを提供する技術が存在する（下記、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−８２４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、炭化珪素の界面は界面準位が２×１０12／ｃｍ2と、シリコンの界面準位１×１０10／ｃｍ2に比較して、高い値である。このため、ゲート電極９に高電界を印加すると、正の電荷であるホールがゲート絶縁膜８と炭化珪素層との界面に徐々にたまっていく。これにより、この界面近傍に高密度のホールトラップが存在するようになり、ホール（正の電荷）がホールトラップにトラップされて行くこと（界面トラップ）が発生する。この界面トラップの発生により、界面を窒化しても、ゲート電極９に高電界を印加すると、Ｖｔｈは０．３Ｖ〜０．６Ｖ変動するという課題がある。ゲート絶縁膜８の形成方法として、ＮＯ酸化、Ｎ2Ｏ酸化、ウェット酸化等が提案されているが、Ｖｔｈの変動を、０．３Ｖ以下に抑えることは困難である。
【００１１】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、ゲート絶縁膜と炭化珪素層との界面での界面トラップを減少させ、しきい値電圧を安定できる炭化珪素ＭＯＳＦＥＴインバータ回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる炭化珪素ＭＯＳＦＥＴインバータ回路は、次の特徴を有する。インバータ回路は、第１炭化珪素ＭＯＳＦＥＴと、第２炭化珪素ＭＯＳＦＥＴとが、直列に接続される。前記第１炭化珪素ＭＯＳＦＥＴおよび前記第２炭化珪素ＭＯＳＦＥＴがオフであるデッドタイムに、前記第１炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの内蔵ダイオードおよび前記第２炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの内蔵ダイオードに、前記第１炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの炭化珪素層と酸化膜との界面および前記第２炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの炭化珪素層と酸化膜との界面に存在するホールを放出できる光を前記第１炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの内蔵ダイオードおよび前記第２炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの内蔵ダイオードから発することができる過渡電流が流れる。
【００１３】
また、この発明にかかる炭化珪素ＭＯＳＦＥＴインバータ回路は、上述した発明において、前記過渡電流は、１００Ａ／ｃｍ2以上であることを特徴とする。
【００１４】
また、この発明にかかる炭化珪素ＭＯＳＦＥＴインバータ回路は、上述した発明において、１００Ａ／ｃｍ2以上の前記過渡電流により、前記第１炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの内蔵ダイオードおよび前記第２炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの内蔵ダイオードが発光し、前記発光によるエネルギーは３．２ｅＶ以上であることを特徴とする。
【００１５】
また、この発明にかかる炭化珪素ＭＯＳＦＥＴインバータ回路は、上述した発明において、前記第１炭化珪素ＭＯＳＦＥＴに逆並列に接続された第１ダイオードと、前記第２炭化珪素ＭＯＳＦＥＴに逆並列に接続された第２ダイオードと、をさらに含むことを特徴とする。
【００１６】
上述した発明によれば、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴのインバータ回路は、内蔵ダイオードに１００Ａ／ｃｍ2以上の電流が流れ、内蔵ダイオードから波長３９５ｎｍの紫外線光が発光する。これにより、ゲート絶縁膜と炭化珪素層との界面からホールを追い出し、界面トラップを減少させることができる。このため、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴのしきい値電圧が変動した場合でも、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴのインバータ回路では、しきい値電圧を初期状態に戻すことが可能になり、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴのしきい値電圧を安定させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明にかかる炭化珪素ＭＯＳＦＥＴインバータ回路によれば、ゲート絶縁膜と炭化珪素層との界面での界面トラップを減少させ、しきい値電圧を安定できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態の炭化珪素ＭＯＳＦＥＴインバータ回路の一例を示す図である。
【図２】実施の形態の炭化珪素ＭＯＳＦＥＴインバータ回路の炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの内蔵ダイオードに流れる電流の時間的変化を示すグラフである。
【図３】実施の形態の炭化珪素ＭＯＳＦＥＴインバータ回路の炭化珪素ＭＯＳＦＥＴのオンオフを示すグラフである。
【図４】実施の形態の炭化珪素ＭＯＳＦＥＴインバータ回路の炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの内蔵ダイオードの発光量を示すグラフである。
【図５】炭化珪素と酸化膜のバンドオフセットを示す図である。
【図６】内蔵ダイオードのピーク電流が５０Ａ／ｃｍ2のときの発光量を示すグラフである。
【図７】内蔵ダイオードのピーク電流が１００Ａ／ｃｍ2のときの発光量を示すグラフである。
【図８】従来の炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる炭化珪素ＭＯＳＦＥＴインバータ回路の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、ｎまたはｐを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、ｎやｐに付す＋および−は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２０】
（実施の形態）
図１は、実施の形態の炭化珪素ＭＯＳＦＥＴインバータ回路の一例を示す図である。実施の形態の炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの構成は、従来の炭化珪素半導体装置の構成と同様であるため、記載および説明を省略する。図８で説明した従来の炭化珪素半導体装置は、チャネルが基板表面に対して平行に形成されるプレーナー構造の炭化珪素ＭＯＳＦＥＴであったが、本発明は、インバータ回路で使用される炭化珪素ＭＯＳＦＥＴに適用可能である。例えば、本発明は、チャネルを基板表面に対して垂直方向に形成したトレンチ構造の縦型ＭＯＳＦＥＴにも適用可能である。
【００２１】
縦型ＭＯＳＦＥＴは、ソース−ドレイン間にボディーダイオードとしてｐ+型ベース領域３とｎ型炭化珪素エピタキシャル層２とで形成される寄生ｐｎダイオードを内蔵する。この寄生ｐｎダイオードは、ソース電極１０に高電位を印加することで動作させることができ、ｐ+型コンタクト領域６からｐ+型ベース領域３とｎ型炭化珪素エピタキシャル層２とを経由してｎ+型炭化珪素基板１への方向（図８において矢印Ａで示す方向）に電流が流れる。このように、ＭＯＳＦＥＴではＩＧＢＴと異なり、寄生ｐｎダイオードを内蔵しているため、インバータに用いる還流ダイオード（ＦＷＤ：Ｆｒｅｅ  Ｗｈｅｅｌｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を省略することができ、低コスト化および小型化に貢献する。これ以降、ＭＯＳＦＥＴの寄生ｐｎダイオードを内蔵ダイオードと称する。
【００２２】
しかしながら、炭化珪素半導体装置では、ｎ+型炭化珪素基板１の結晶に欠陥がある場合がある。この場合、内蔵ダイオードに電流が流れると、ｐ+型コンタクト領域６からホールが注入され、ｎ型炭化珪素エピタキシャル層２またはｎ+型炭化珪素基板１中で電子およびホールの再結合が発生する。このときに発生するバンドギャップ相当の再結合エネルギー（３ｅＶ）により、ｎ+型炭化珪素基板１に存在する結晶欠陥の一種である基底面転位が移動し、２つの基底面転位に挟まれる積層欠陥が拡張する。
【００２３】
積層欠陥が拡張すると、積層欠陥は電流を流しにくいため、ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗および内蔵ダイオードの順方向電圧が上昇する。このような動作が継続すると積層欠陥は累積的に拡張するため、インバータ回路に発生する損失は経時的に増加し、発熱量も大きくなるため、装置故障の原因となる。この問題を防ぐために、図１のようにＭＯＳＦＥＴと逆並列にＳｉＣ−ＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｄｉｏｄｅ：ショットキーバリアダイオード）を接続し、電流がＭＯＳＦＥＴの内蔵ダイオードに流れないように対策することができる。
【００２４】
図１のインバータ回路は、複数のＭＯＳＦＥＴ（図１では２つのＭＯＳＦＥＴ２１、２２）を備え、モータ等の負荷２５を駆動するための回路である。図１において、ダイオード２６、２７は、それぞれＭＯＳＦＥＴ２１、２２の内蔵ダイオードを示す。また、ダイオード３０、３１は、それぞれＭＯＳＦＥＴ２１、２２と逆並列に接続されたＳｉＣ−ＳＢＤを示す。図１では、インバータ回路の１相分、つまり直列に接続されたＭＯＳＦＥＴの１つのセットのみを示している。
【００２５】
図１に示すインバータ回路において、入力回路３４からの信号によりＭＯＳＦＥＴ２１をオンすることで、ＭＯＳＦＥＴ２１から負荷２５への方向（矢印Ｂの方向）に、負荷２５に電流を流すことができる。この後、入力回路３４からの信号によりＭＯＳＦＥＴ２１をオフにし、ＭＯＳＦＥＴ２２をオンにすることで、負荷２５からＭＯＳＦＥＴ２２への方向（矢印Ｃの方向）に、負荷２５に電流を流すことができる。このようにして、電流の向きを変えることで、例えば、負荷２５のモータに接続されたアームを左右に動かすことができる。
【００２６】
ここで、ＭＯＳＦＥＴ２１がオフであるとき、ＭＯＳＦＥＴ２１には、還流電流が矢印Ｂと逆方向に流れる。還流電流は、順方向電圧Ｖｆが低いＳｉＣ−ＳＢＤ３０に流れて、内蔵ダイオード２６には流れなくなる。ＭＯＳＦＥＴ２２も同様に、内蔵ダイオード２７には流れなくなる。このように、ＭＯＳＦＥＴがオフのとき、内蔵ダイオードに還流電流が流れることがないため、ＭＯＳＦＥＴの積層欠陥が拡張することがなくなる。なお、ダイオード３０、３１では積層欠陥が成長することがないため、ダイオード３０、３１に還流電流が流れても問題はない。
【００２７】
図１のようにＳｉＣ−ＳＢＤ３０、３１をＭＯＳＦＥＴ２１、２２と逆並列に接続された場合でも、ＭＯＳＦＥＴ２１、２２がオンからオフに切り替わった瞬間に、ＭＯＳＦＥＴ２１、２２の内蔵ダイオード２６、２７に電流が流れる場合がある。
【００２８】
図２は、実施の形態の炭化珪素ＭＯＳＦＥＴインバータ回路の炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの内蔵ダイオードに流れる電流の時間的変化を示すグラフである。図２において、横軸は時間を示し、縦軸は電流を示す。図２のＩ１は、ＳｉＣ−ＳＢＤ３０、３１に流れる電流を示し、Ｉ２は、内蔵ダイオード２６、２７に流れる電流を示す。
【００２９】
図２では、ＭＯＳＦＥＴ２１、２２が時刻Ｔにおいてオンからオフにされた場合の電流の時間的変化を示す。図２に示すように、ＭＯＳＦＥＴ２１、２２がオフになるとＳｉＣ−ＳＢＤ３０、３１に流れる電流Ｉ１は徐々に増加して、一定の値に落ち着く。内蔵ダイオード２６、２７に流れる電流Ｉ２は、ＭＯＳＦＥＴ２１、２２がオフになった直後から、以下で説明するデッドタイムの間に徐々に増加し、この後徐々に減少して、時刻Ｔ’に０に落ち着く。
【００３０】
このように、内蔵ダイオード２６、２７に流れる電流Ｉ２は常に０ではなく、ＭＯＳＦＥＴ２１、２２がオンからオフにされた過渡状態の短い期間だけ流れる。例えば、０．２μｓ〜１．０μｓのパルス幅ｔの過渡電流が流れる。また、過渡電流のパルス幅とは、電流値が０の時刻Ｔから、電流値が増加し、最大値Ｉｐに達した後減少して電流値が０になる時刻Ｔ’までの時間Ｔ’−Ｔであり、図２で符号ｔが示す時間である。以下、この電流を過渡電流と称する。
【００３１】
図３は、実施の形態の炭化珪素ＭＯＳＦＥＴインバータ回路の炭化珪素ＭＯＳＦＥＴのオンオフを示すグラフである。図３において、横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。また、図３の上図がインバータ回路のＭＯＳＦＥＴ２１のオンオフを示し、下図がインバータ回路のＭＯＳＦＥＴ２２のオンオフを示す。図３に示すように、インバータ回路では、直列に接続されたＭＯＳＦＥＴ（図１ではＭＯＳＦＥＴ２１とＭＯＳＦＥＴ２２）が同時にオンになると短絡してＭＯＳＦＥＴが破壊されるため、ＭＯＳＦＥＴが同時にオフになるデッドタイムが設けられている。図３では、ｔ１〜ｔ２の期間、ｔ３〜ｔ４の期間がデッドタイムとなる。
【００３２】
このデッドタイムに内蔵ダイオード２６、２７に過渡電流が流れ、内蔵ダイオード２６、２７が発光する。図４は、実施の形態の炭化珪素ＭＯＳＦＥＴインバータ回路の炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの内蔵ダイオードの発光量を示すグラフである。図４において、横軸は内蔵ダイオードからの発光の波長を示し、単位はｎｍである。また、縦軸は発光の発光強度を示す。図４では、室温程度の温度で炭化珪素ＭＯＳＦＥＴを使用し、内蔵ダイオードに過渡電流を流して観測した結果である。図４に示すように内蔵ダイオードからは波長４９０ｎｍの緑色光（図４のＡ）と波長３９５ｎｍの紫外線光（図４のＢ）の２つのピークが存在する。
【００３３】
ここで、波長３９５ｎｍの紫外線光は、エネルギーが３．２ｅＶであり、波長４９０ｎｍの緑色光よりエネルギーが高い。このため、内蔵ダイオードから波長３９５ｎｍの紫外線光が発光されると、ゲート絶縁膜８と炭化珪素層との界面にたまったホールを追い出すことができる。
【００３４】
図５は、炭化珪素と酸化膜のバンドオフセットを示す図である。図５において、上図はＣ（カーボン）面の炭化珪素と酸化膜（ＳｉＯ2）のバンドオフセットを示し、下図は、Ｓｉ（シリコン）面の炭化珪素と酸化膜のバンドオフセットを示す。炭化珪素は、４Ｈ−ＳｉＣ（四層周期六方晶の炭化珪素）の場合を示す。ここで、炭化珪素は、炭化珪素半導体装置の炭化珪素層に対応し、酸化膜は、炭化珪素半導体装置のゲート絶縁膜８に対応する。
【００３５】
図５に示すように、炭化珪素と酸化膜のバンドオフセットの差は、２．２９ｅＶ〜３．１５ｅＶである。したがって、エネルギー３．２ｅＶの紫外線光を照射することより、図５の矢印Ａ、Ｂのように、炭化珪素と酸化膜との界面に存在するホールが紫外線光からエネルギーをもらい、酸化膜から放出される。このため、ゲート絶縁膜８と炭化珪素層との界面でトラップされていたホールが減少し、界面トラップを減少させることができる。
【００３６】
一方、波長４９０ｎｍの緑色光はエネルギーが低くて、ホールを酸化膜から追い出すことができない。図４に示す内蔵ダイオードの発光量では、波長３９５ｎｍの紫外線光の強度が低く、炭化珪素と酸化膜との界面に存在するホールを酸化膜から追い出すことができない。このため、内蔵ダイオードの発光で波長３９５ｎｍの紫外線光の強度が強くほうが、ゲート絶縁膜８と炭化珪素層との界面でトラップされていたホールを多く追い出すことができ、界面トラップをより減少させることができる。
【００３７】
図６は、内蔵ダイオードのピーク電流が５０Ａ／ｃｍ2のときの発光量を示すグラフである。また、図７は、内蔵ダイオードのピーク電流が１００Ａ／ｃｍ2のときの発光量を示すグラフである。ここで、内蔵ダイオードのピーク電流とは、過渡電流の最大値のことであり、図２の電流Ｉｐに対応する。図６、図７において、横軸は、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの温度を示し、単位は℃である。また、縦軸は発光の強度を示す。図６、図７で、◆点は３９５ｎｍの紫外線光の強度を示し、■点は、４９０ｎｍの緑色光の強度を示す。
【００３８】
図６、図７に示すように、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの温度が高くなるにつれて、波長３９５ｎｍの紫外線光の強度が増え、波長４９０ｎｍの緑色光の強度が減少する。また、図６と図７とを比較すると、同一温度では内蔵ダイオードのピーク電流の高い方が波長３９５ｎｍの紫外線光の強度が大きいことがわかる。
【００３９】
ここで、上述したように、正の電荷であるホールは、ゲート絶縁膜８と炭化珪素層との界面に徐々にたまっていくため、発光強度が少ないと、内蔵ダイオードが発光されている時間に追い出すホールの量が少なくなり、ホールを減少させることができない。このため、ホールを減少させるためには、発光強度は４０００以上必要である。また、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴが使用される温度は１００℃程度であるため、内蔵ダイオードのピーク電流が１００Ａ／ｃｍ2以上であると、発光強度は４０００以上となり、ゲート絶縁膜８と炭化珪素層との界面からホールを追い出すことができる。
【００４０】
実施の形態の炭化珪素ＭＯＳＦＥＴインバータ回路では、ＳｉＣ−ＳＢＤ３０、３１の順方向電圧ＶｆとＭＯＳＦＥＴ２１、２２の内蔵ダイオード２６、２７のＶｆとを規定することにより、内蔵ダイオードのピーク電流を１００Ａ／ｃｍ2以上にしている。例えば、ＳｉＣ−ＳＢＤ３０、３１に流れる電流を大きくすることにより、内蔵ダイオード２６、２７に流れる電流を小さくすることができる。これにより、内蔵ダイオードに還流電流が流れる期間に十分強度の波長３９５ｎｍの紫外線光が発光され、ゲート絶縁膜８と炭化珪素層との界面からホールを追い出すことができる。このため、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴのしきい値電圧が変動した場合でも、実施の形態の炭化珪素ＭＯＳＦＥＴインバータ回路では、界面のホールを減少させることにより、界面トラップを減少させ、変動したしきい値電圧を初期状態に戻すことが可能になる。
【００４１】
（実験例）
次に、波長３９５ｎｍの紫外線光が炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの変動したしきい値電圧を初期状態に戻すことについての実験結果を示す。
（１）最初に、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの初期状態のしきい値電圧を測定した。この測定結果は、２．５Ｖであった。
（２）次に、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴのゲート電極９に正の高電圧を印加することにより、ゲート絶縁膜８を通過するＦＮ（Ｆｏｗｌｅｒ  Ｎｏｒｄｈｅｉｍ）トンネル電流を所定の時間流した。
（３）次に、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴのＦＮトンネル電流印加後のしきい値電圧を測定した。この測定結果は、２．３Ｖであり、ＦＮトンネル電流印加により、しきい値電圧が０．２Ｖ変動した。
（４）次に、波長３８５ｎｍの紫外線光を炭化珪素ＭＯＳＦＥＴのゲート絶縁膜８に１時間照射した。
（５）最後に、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴの波長３８５ｎｍの紫外線光照射後のしきい値電圧を測定した。この測定結果は、２．５Ｖであった。このように、波長３８５ｎｍの紫外線光照射により、しきい値電圧が初期状態に戻ることを確認できた。このため、実施の形態の炭化珪素ＭＯＳＦＥＴインバータ回路では、内蔵ダイオードから波長３９５ｎｍの紫外線光が発光するため、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴのしきい値電圧を戻すことができる。
【００４２】
実施の形態では、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴに接続するダイオードとして、ＳｉＣ−ＳＢＤを用いても、Ｓｉ−ＳＢＤを用いてもかまわない。インバータ装置の耐熱性のため、ＳｉＣ−ＳＢＤのほうが好ましい。また、ＳＢＤではなく、ＰＮダイオードでも可能である。また、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴにダイオードを接続しないと、過渡電流より後の還流電流が炭化珪素ＭＯＳＦＥＴに流れるため、ダイオードを接続する形態が好ましい。ただし、炭化珪素半導体基板の品質が高く、還流電流を流しても結晶欠陥が成長しないのであれば、ダイオードを接続せず、内蔵ダイオードをＦＷＤとして利用することが可能である。
【００４３】
以上、説明したように、実施の形態にかかる炭化珪素ＭＯＳＦＥＴのインバータ回路によれば、内蔵ダイオードに１００Ａ／ｃｍ2以上の電流が流れ、内蔵ダイオードから波長３９５ｎｍの紫外線光が発光する。これにより、ゲート絶縁膜と炭化珪素層との界面からホールを追い出し、界面トラップを減少させることができる。このため、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴのしきい値電圧が変動した場合でも、実施の形態の炭化珪素ＭＯＳＦＥＴのインバータ回路では、しきい値電圧を初期状態に戻すことが可能になり、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴのしきい値電圧を安定させることができる。
【００４４】
以上において本発明は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であり、上述した各実施の形態において、例えば各部の寸法や不純物濃度等は要求される仕様等に応じて種々設定される。また、上述した各実施の形態では、ワイドバンドギャップ半導体として炭化珪素を用いた場合を例に説明しているが、炭化珪素以外の例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）などのワイドバンドギャップ半導体にも適用可能である。また、各実施の形態では第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型としたが、本発明は第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型としても同様に成り立つ。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明にかかる炭化珪素ＭＯＳＦＥＴのインバータ回路は、炭化珪素ＭＯＳＦＥＴにダイオードを逆並列に接続したインバータ回路を用いる電力変換装置や種々の産業用機械などの電源装置などに有用である。
【符号の説明】
【００４６】
１  ｎ+型炭化珪素基板
２  ｎ型炭化珪素エピタキシャル層
３  ｐ+型ベース領域
４  ｐ型ベース層
５  ｎ+型ソース領域
６  ｐ+型コンタクト領域
７  ｎ型ウェル領域
８  ゲート絶縁膜
９  ゲート電極
１０  ソース電極
１１  ドレイン電極
２１、２２  ＭＯＳＦＥＴ
２５  負荷
２６、２７  内蔵ダイオード
３０、３１  ＳｉＣ−ＳＢＤ
３４  入力回路
４０  ホール
【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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【図８】
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