(57)【要約】【課題】  内部の物理パラメータを測定することができる半導体装置および測定装置を提供することを目的とする。【解決手段】  複数の半導体層と、少なくとも１つの半導体層内に配置され、配置された半導体層内の特徴量に応じた信号を出力するセンサ部とを有する。【選択図】    図１
2017162910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体層と、
少なくとも１つの半導体層内に配置され、配置された半導体層内の特徴量に応じた信号を出力するセンサ部と
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記複数の半導体層の各々に配置され、かつ隣接する半導体層と接する境界付近に配置される複数の前記センサ部を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
複数の半導体層と、少なくとも１つの半導体層内に配置され、配置された半導体層内の特徴量に応じた信号を出力するセンサ部とを含む半導体装置と、
前記半導体装置に電力を供給する電源と、
前記センサ部を駆動させる駆動部と、
前記センサ部からの前記信号に基づいて前記特徴量を算出する制御装置と
を備えることを特徴とする測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置および測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーデバイスは、数百ボルト以上の高電圧の電力を交流から直流（または直流から交流）に変換し、あるいは周波数を変換する等の電力変換を行う半導体素子である。そして、パワーデバイスでは、省エネルギーの観点から、高電圧の電力の変換処理における電力損失の抑制が図られている。
【０００３】
例えば、ダイヤモンドは、シリコン等の半導体と比べて、熱伝導率や絶縁耐圧等の特性を有している。このため、ダイヤモンド基板の結晶面を有する基板面上に略垂直に隆起して配置されたｐ型ダイヤモンド層と、ｐ型ダイヤモンド層の側面および基板面を成長基面として形成されたｎ型のリンドープダイヤモンド領域およびダイヤモンド絶縁領域とを有するダイヤモンド半導体装置の技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、ダイヤモンドのＮＶ（Nitrogen-Vacancy）センタによる光検出磁気共鳴（ＯＤＭＲ：Optically Detected Magnetic Resonance）を用いて、電極に印加された電界を測定する技術が提案されている（例えば、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−３８９５３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】F. Dolde, H. Fedder, M.W. Doherty, T. Nobauer, F. Rempp, G. Balasubramanian, T.Wolf, F. Reinhard, L.C.L. Hollenberg, F. Jelezko and J. Wrachtrup: "Electric-field sensing using single diamond spins", Nature Physics, Vol. 7, pp.459-463, 2011
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ダイヤモンド半導体装置等のパワーデバイス内における電界、磁界、温度等の物理パラメータの情報は、パワーデバイスの電力損失の抑制や耐久性を図る上で重要である。しかしながら、従来技術では、パワーデバイス等の内部の電界等を測定することは困難である。
【０００８】
本発明は、内部の物理パラメータを測定することができる半導体装置および測定装置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】
【０００９】
本発明を例示する半導体装置の一態様は、複数の半導体層と、少なくとも１つの半導体層内に配置され、配置された半導体層内の特徴量に応じた信号を出力するセンサ部とを有する。
【００１０】
本発明を例示する測定装置の一態様は、複数の半導体層と、少なくとも１つの半導体層内に配置され、配置された半導体層内の特徴量に応じた信号を出力するセンサ部とを含む半導体装置と、半導体装置に電力を供給する電源と、センサ部を駆動させる駆動部と、センサ部からの信号に基づいて特徴量を算出する制御装置とを有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、内部の物理パラメータを測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】半導体装置の一実施形態を示す図である。
【図２】図１に示したセンサ部に含まれるダイヤモンドのＮＶセンタの一例を示す図である。
【図３】図１に示したセンサ部に含まれるダイヤモンドのＮＶセンタが発光する蛍光の強度におけるマイクロ波の周波数依存性の一例を示す図である。
【図４】図１に示したセンサ部のＮＶセンタが発光する蛍光の強度分布と温度との関係の一例を示す図である。
【図５】図１に示した半導体装置内の物理パラメータを測定する測定装置の一例を示す図である。
【図６】図５に示した測定装置における測定処理の一例を示す図である。
【図７】図１に示した半導体装置内に複数のセンサ部が配置される一例を示す図である。
【図８】半導体装置内に複数のセンサ部５０が配置される別例を示す図である。
【図９】図８に示した半導体装置の断面の一例を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を用いて実施形態について説明する。
【００１４】
図１は、半導体装置の一実施形態を示す。
【００１５】
図１に示した半導体装置１００は、例えば、ＰＩＮ（p-intrinsic-n）ダイオードであり、ｎプラス層１０、ｐマイナス層２０、ｐプラス層３０および電極４０ａ、４０ｂを有する。なお、図１（ａ）は、俯瞰した半導体装置１００を示す。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した線分Ｘ１−Ｘ２における半導体装置１００の断面を示す。なお、図１は、横軸をＸ軸とし、縦軸をＺ軸とするＸＹＺ座標系を示す。また、半導体装置１００は、ＰＮ接合ダイオードや電界効果トランジスタ等でもよい。
【００１６】
ｎプラス層１０は、ダイヤモンド等の半導体に、ヒ素またはリン等の不純物が所定値以上の濃度（例えば、８×１０１９ｃｍ−３）でドープされた半導体である。ｎプラス層１０の厚さは、例えば、５００ｎｍ等であり、半導体装置１００に要求される電気特性等に応じて適宜設定されることが好ましい。
【００１７】
ｐマイナス層２０は、ダイヤモンド等の半導体に、ホウ素等の不純物が所定値より小さい濃度（例えば、２×１０１４ｃｍ−３）でドープされた半導体である。ｐマイナス層２０の厚さは、５μｍ等であり、半導体装置１００に要求される電気特性等に応じて適宜設定されることが好ましい。また、ｐマイナス層２０には、例えば、窒素イオンのイオン注入により、ダイヤモンドのＮＶセンタを含む層状に形成されたセンサ部５０を有する。例えば、センサ部５０は、ｎプラス層１０と接合する接合面より、深さ３５０ｎｍ等の位置に配置される。センサ部５０については、図２から図４で説明する。
【００１８】
ｐプラス層３０は、ダイヤモンド等の半導体に、ホウ素等の不純物が所定値以上の濃度（１×１０１７ｃｍ−３）でドープされた半導体である。ｐプラス層３０の厚さは、５００μｍ等であり、半導体装置１００に要求される電気特性等に応じて適宜設定されることが好ましい。
【００１９】
電極４０ａ、４０ｂは、半導体装置１００の外部の電源から供給される電圧を半導体装置１００に印加する。
【００２０】
図２は、図１に示したセンサ部５０に含まれるダイヤモンドのＮＶセンタの一例を示す。図２（ａ）は、ＮＶセンタを有するダイヤモンドの結晶格子を示し、図２（ｂ）は、ＮＶセンタが有するエネルギー準位を示す。
【００２１】
図２（ａ）に示すように、ダイヤモンドの結晶格子のうち、一部の炭素Ｃが、窒素イオンＮ２＋のイオン注入により、網掛けで示した窒素Ｎに置換される。また、イオン注入により、置換された窒素Ｎに隣接する１つの炭素Ｃの位置が、点線で示した空孔Ｖとなる。すなわち、ＮＶセンタは、隣接する窒素Ｎと空孔Ｖとが対となって存在する格子欠陥である。
【００２２】
図２（ｂ）に示すように、ＮＶセンタは、基底状態のスピン三重項３Ａ、励起状態のスピン三重項３Ｅ、およびスピン三重項３Ａとスピン三重項３Ｅとの間に、準安定状態のスピン一重項１Ａ１のエネルギー準位を有する。そして、ＮＶセンタは、外部から電界や磁界がＮＶセンタに印加されていない場合で、かつ外部より５３２ｎｍ等の波長の励起光が照射された場合、励起状態から基底状態に遷移する際に、波長６３０ｎｍから８００ｎｍの蛍光を発光する。
【００２３】
一方、外部から基底状態のスピン三重項３Ａのエネルギー準位差に等しい周波数のマイクロ波をＮＶセンタに照射する場合、電子スピン磁気共鳴（以下、“ＥＳＲ（Electron Spin Resonance）”とも称される）の状態となる。ＥＳＲの状態では、基底状態のスピン三重項３Ａおよび励起状態のスピン三重項３Ｅは、３つのエネルギー準位に分裂する。すなわち、基底状態のスピン三重項３Ａおよび励起状態のスピン三重項３Ｅは、スピン副準位ｍｓが０と±１とに分裂する。この場合、スピン副準位ｍｓが±１の電子の一部は、励起状態に励起されたとしても、準安定状態を介して基底状態に無放射で遷移してしまう。このため、ＮＶセンタによる蛍光の強度が減少してしまう。換言すれば、蛍光の強度とマイクロ波の周波数との分布、すなわちＯＤＭＲのスペクトル信号を求めることにより、スピン副準位ｍｓが０と±１との間のエネルギー準位差が測定できる。なお、外部から電界や磁界がＮＶセンタに印加されていない場合におけるスピン副準位ｍｓが０と±１との間のエネルギー準位差は、２．８７ＧＨｚの周波数に相当する。
【００２４】
なお、ＮＶセンタには、電荷が０でスピンＳが１／２のもの（以下、“ＮＶ（０）”とも称される）と、電荷が−１で、スピンＳが１のもの（以下、“ＮＶ（−）”とも称される）とがある。ＮＶ（０）のＮＶセンタは、準安定状態を介して励起状態から基底状態に無放射で遷移する過程を有さない。このため、ＮＶセンタは、ＮＶ（−）の欠陥格子であるとする。
【００２５】
なお、ダイヤモンドの代わりに、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ガリウムナイトライド（ＧａＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）等のワイドバンド半導体を用いられてもよい。シリコンカーバイドが用いられる場合、シリコンが欠損した空孔の欠陥格子を、ダイヤモンドのＮＶセンタのようにセンサ部５０として用いてもよい。例えば、シリコンカーバイドに電子線の照射やイオン注入等を行うことにより、シリコンＳｉの原子を弾き飛ばして、シリコンの空孔の欠陥格子を生成する。
【００２６】
図３は、図１に示したセンサ部５０に含まれるダイヤモンドのＮＶセンタが発光する蛍光の強度におけるマイクロ波の周波数依存性の一例を示す。図３では、２．８７ＧＨｚを中心周波数とする所定範囲の周波数のマイクロ波をセンサ部５０のＮＶセンタに照射した場合、ＮＶセンタが発光する蛍光、すなわちＯＤＭＲの信号の強度分布を示す。なお、図３（ａ）は、センサ部５０のＮＶセンタに電界および磁界が印加されていない場合を示し、図３（ｂ）は、センサ部５０のＮＶセンタに電界（または磁界）が印加される場合を示す。また、図３の横軸は周波数を示し、縦軸は蛍光の強度を示す。
【００２７】
図３（ａ）に示すように、電界（または磁界）が印加されていない、すなわち±１のスピン副準位ｍｓが縮退している場合、蛍光の強度は、２．８７ＧＨｚの周波数（スピン副準位ｍｓが０と±１との間のエネルギー準位差）の位置で最も小さくなる。
【００２８】
一方、ＮＶセンタに電界（または磁界）が印加されている場合、スピン副準位ｍｓが−１と＋１との間でさらに分裂する。このため、図３（ｂ）に示すように、蛍光の強度は、スピン副準位ｍｓが０と−１との間のエネルギー準位差と、スピン副準位ｍｓが０と＋１との間のエネルギー準位差とに対応する２つの周波数の位置で最も小さくなる。そして、印加される電界（または磁界）の大きくなるに従い、スピン副準位ｍｓが−１と＋１との間のエネルギー準位差が大きくなるため、蛍光の強度が小さくなる２つの周波数の間隔は大きくなる。例えば、蛍光の強度が小さくなる２つの周波数（すなわち、ＮＶセンタのスピン副準位０とスピン副準位±１との間のエネルギー準位の変化量）と、ＮＶセンタに印加される電界および磁界とは、非特許文献１に示された式（１）のように関係付けられる。
【００２９】
【数１】
2017162910.tif 000003
なお、ｄｇｓ||およびｄｇｓ⊥は、ＮＶセンタの向きに平行な方向および垂直な方向の電気双極子モーメントを示す。Πは、Ｅ＋σの総電界を示し、Ｅは、ＮＶセンタに印加される電界を示し、σは、局所的な結晶歪みを示す。Ｅｚは、ＮＶセンタの向きに平行な電界の成分を示し、Ｅ⊥は、垂直な電界の成分を示す。Ｂｚは、ＮＶセンタの向きに平行な磁界の成分を示し、Ｂ⊥は、垂直な磁界の成分を示す。μＢは、ボーア磁子を示し、ｇｅは、電子のｇ因子を示す。φＢは、ａｒｃｔａｎ（Ｂｙ／Ｂｚ）であり、φΠは、ａｒｃｔａｎ（Πｙ／Πｘ）を示す。なお、Ｂｘ２＋Ｂｙ２はＢ⊥２であり、Πｘ２＋Πｙ２はΠ⊥２である。また、Ｄｇｓは、約２．８７ＧＨｚである。
【００３０】
換言すれば、センサ部５０のＮＶセンタが発光する蛍光の強度が小さくなる周波数と、式（１）を用いることにより、センサ部５０が配置された位置での半導体装置１００内の電界や磁界が測定できる。なお、電界および磁界の代わりに、センサ部５０が発光する蛍光の強度からセンサ部５０が配置される位置における半導体装置１００内の温度やリーク電流等が測定されてもよい。
【００３１】
図４は、図１に示したセンサ部５０のＮＶセンタが発光する蛍光の強度分布と温度との関係の一例を示す。なお、図４に示した蛍光の強度分布では、センサ部５０のＮＶセンタに印加される電界および磁界は０とする。また、図４の横軸は周波数を示し、縦軸は蛍光の強度を示す。
【００３２】
図４では、センサ部５０のＮＶセンタに印加される電界および磁界がないことから、２．８７ＧＨｚの周波数で強度が最小となる実線で示した強度分布を示す時の温度（例えば、室温）を基準温度とする。そして、センサ部５０の温度が基準温度より低くなる場合、センサ部５０のＮＶセンタが発光する蛍光の強度が最小となる周波数は、点線で示した強度分布のように、２．８７ＧＨｚより高くなる。一方、センサ部５０の温度が基準温度より高くなる場合、蛍光の強度が最小となる周波数は、破線で示した強度分布のように、２．８７ＧＨｚより低くなる。これは、スピン副準位ｍｓが０と±１との間のエネルギー準位差が温度に依存するため、蛍光の強度が最小となる周波数を測定することにより、センサ部５０が配置された位置での半導体装置１００内の温度が測定できる。
【００３３】
図５は、図１に示した半導体装置１００内の物理パラメータを測定する測定装置の一例を示す。図５に示した測定装置２００は、例えば、レーザ共焦点顕微鏡等であり、半導体装置１００、レーザ光源１１０、ビームスプリッタ１２０、対物レンズ１３０、スライドガラス１４０、電源１５０、マイクロ波源１６０、検出装置１７０および制御装置１８０を有する。なお、測定装置２００は、デジタルカメラやスペクトルメータ等を有してもよい。
【００３４】
レーザ光源１１０は、図１に示した半導体装置１００内に配置されたセンサ部５０のＮＶセンタを励起させる５３２ｎｍ等の波長のレーザ光を射出する。
【００３５】
ビームスプリッタ１２０は、レーザ光源１１０から射出されたレーザ光を、半導体装置１００の方向に反射する。また、ビームスプリッタ１２０は、半導体装置１００のセンサ部５０が発光する蛍光の光束を透過し、検出装置１７０に向けて射出する。
【００３６】
対物レンズ１３０は、レーザ光源１１０から射出されたレーザ光のビーム幅を調整して、レーザ光を半導体装置１００に照射する。また、対物レンズ１３０は、半導体装置１００内のセンサ部５０が発光する蛍光を平行光にして、検出装置１７０に向けて射出する。
【００３７】
スライドガラス１４０は、石英ガラス等であり、測定対象の半導体装置１００が配置される。半導体装置１００が配置される側のスライドガラス１４０の面上には、チタンＴｉ／銅Ｃｕ／アルミニウムＡｌ膜が形成され、半導体装置１００を動作させるための配線がなされている。半導体装置１００が配置される側のスライドガラス１４０には、マイクロ波源１６０が射出するマイクロ波を半導体装置１００に照射するためのアンテナを含むマイクロ波ワイヤが設けられている。
【００３８】
電源１５０は、制御装置１８０からの制御指示に基づいて、スライドガラス１４０に配置された半導体装置１００に数十ボルトから数百ボルトの電力を供給する。
【００３９】
マイクロ波源１６０は、２．８７ＧＨｚを中心とする所定範囲の周波数のマイクロ波を射出する電波発信装置である。また、マイクロ波源１６０は、スライドガラス１４０に配置されたアンテナを介して、射出したマイクロ波を半導体装置１００に照射し、センサ部５０のＮＶセンタをＥＳＲの状態にする。
【００４０】
レーザ光源１１０およびマイクロ波源１６０は、センサ部５０を駆動させる駆動部として動作する。
【００４１】
検出装置１７０は、ＡＰＤ（avalanche photodiode）等を有し、センサ部５０が発光する蛍光を受信し、受信した蛍光の強度をＸＹ平面上の位置毎に検出する。検出装置１７０は、検出したＸＹ平面の位置毎における蛍光の強度を制御装置１８０に出力する。なお、検出装置１７０の空間分解能は、対物レンズ１３０によるレーザ光のフォーカスや、スライドガラス１４０において半導体装置１００を固定するサンプルホルダー（ピエゾスキャナ）の精度等で決まり、１０ｎｍから３００ｎｍの範囲であることが好ましい。また、検出装置１７０は、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等を含む撮像装置を用い、イメージングによる測定でもよい。
【００４２】
制御装置１８０は、プロセッサ等の演算処理装置、およびバードディスク装置等の記憶装置を含むコンピュータ装置であり、測定装置２００の各要素の動作を制御する。例えば、制御装置１８０は、電源１５０が半導体装置１００に印加する電圧、およびマイクロ波源１６０が射出するマイクロ波の周波数等を制御する。また、制御装置１８０は、検出装置１７０により検出されたセンサ部５０による蛍光の強度を用いて、ＸＹ平面の位置毎に蛍光の強度分布を算出する。制御装置１８０は、算出した強度分布に基づいて、強度が最低となる周波数をＸＹ平面の位置毎に求める。そして、制御装置１８０は、例えば、ＸＹ平面上の位置毎に強度が最低となる周波数のデータと、式（１）等とを用いて、ＸＹ平面上の位置毎に電界、磁界、温度あるいはリーク電流等の物理パラメータを算出する。
【００４３】
なお、式（１）が示すように、ＮＶセンタのスピン副準位０とスピン副準位±１との間のエネルギー準位の変化量は、電界および磁界に依存する。すなわち、電界と磁界とが半導体装置１００に印加されている場合、測定装置２００は、電界と磁界とを分離して測定することが困難となる。このため、測定装置２００が半導体装置１００内の電界を測定する場合、地磁気や測定装置２００周辺に置かれた装置等が発生させる磁界を打ち消すために、半導体装置１００が配置されたスライドガラス１４０の反対側に、例えば、三軸電磁石等が配置することが好ましい。
【００４４】
図６は、図５に示した測定装置２００における測定処理の一例を示す。図６に示した処理は、制御装置１８０に含まれるキーボード等の入力装置を介して、ユーザからの測定指示を受けた場合に、制御装置１８０に含まれるプロセッサ等の演算処理装置が、記憶装置に記憶される測定処理プログラムを実行することにより実現される。
【００４５】
ステップＳ１００では、制御装置１８０は、レーザ光源１１０に対して、測定指示で指示された５３２ｎｍ等の波長のレーザ光を射出させる。
【００４６】
ステップＳ１１０では、制御装置１８０は、電源１５０に対して、測定指示で指示された電力を半導体装置１００に供給させる。
【００４７】
ステップＳ１２０では、制御装置１８０は、マイクロ波源１６０に対して、測定指示で指示された所定範囲のうちの１つの周波数のマイクロ波を半導体装置１００に照射させる。例えば、マイクロ波源１６０は、測定指示で指示された所定範囲の最小または最大の周波数のマイクロ波を半導体装置１００に照射する。
【００４８】
なお、ステップＳ１００からステップＳ１３０の処理は、どの処理から開始してもよく、並列に実行されてもよい。
【００４９】
ステップＳ１３０では、検出装置１７０は、センサ部５０からの蛍光の強度を、ＸＹ平面上の位置毎に検出する。検出装置１７０は、検出した蛍光の強度の検出結果を制御装置１８０に出力する。そして、制御装置１８０は、受信した検出結果を記憶装置に記憶する。
【００５０】
ステップＳ１４０では、制御装置１８０は、マイクロ波源１６０が、測定指示で指示された所定範囲の全ての周波数のマイクロ波を照射したか否かを判定する。マイクロ波源１６０が、全ての周波数のマイクロ波を照射した場合、測定装置２００の処理は、ステップＳ１５０に移る。一方、マイクロ波源１６０が、全ての周波数のマイクロ波を照射していない場合、測定装置２００の処理は、ステップＳ１２０に移る。そして、制御装置１８０は、マイクロ波源１６０に対して、次の周波数のマイクロ波を半導体装置１００に照射させる。
【００５１】
ステップＳ１５０では、制御装置１８０は、ステップＳ１３０で検出されたセンサ部５０からの蛍光の強度を用いて、ＸＹ平面の位置毎に強度分布を算出する。
【００５２】
ステップＳ１６０では、制御装置１８０は、ステップＳ１５０で算出された強度分布に基づいて、強度が最低となる周波数をＸＹ平面上の位置毎に求める。そして、制御装置１８０は、ＸＹ平面上の位置毎に強度が最低となる周波数のデータと、式（１）等とを用いて、ＸＹ平面上の位置毎に電界等の物理パラメータを算出する。そして、測定装置２００は、処理を終了する。
【００５３】
以上、図１から図６に示した実施形態では、半導体装置１００内に、ダイヤモンドのＮＶセンタを有するセンサ部５０を配置する。これにより、測定装置２００は、センサ部５０が発光する蛍光を検出し、検出された蛍光の強度分布に基づいて、センサ部５０が配置された位置における半導体装置１００内の電界等の物理パラメータを測定できる。
【００５４】
また、センサ部５０を用いて半導体装置１００内の電界等の物理パラメータを測定することにより、測定装置２００は、従来と比べて、半導体装置１００が故障しているか否かを容易に判定できる。また、センサ部５０を用いて測定された半導体装置１００内の電界等の物理パラメータに基づいて、電力損失の抑制や耐久性を図った半導体装置１００を設計することができる。
【００５５】
なお、図１に示した半導体装置１００では、ｐマイナス層２０内に、センサ部５０がＸＹ平面に平行な層状に形成されたが、これに限定されない。例えば、ｎプラス層１０とｐマイナス層２０とが接合する接合面、およびｐマイナス層２０とｐプラス層３０とが接合する接合面では、電界等が大きく変化することから、複数のセンサ部５０が、各接合面の周辺にそれぞれ配置されるのが好ましい。
【００５６】
図７は、図１に示した半導体装置１００内に複数のセンサ部５０が配置される一例を示す。図７は、図１（ｂ）と同様に、半導体装置１００のＺＸ平面の断面を示す。図７に示した半導体装置１００には、２つのセンサ部５０が、ｐマイナス層２０内のうち、ｎプラス層１０との接合面付近と、ｐプラス層３０との接合面付近にそれぞれ配置される。また、１つのセンサ部５０が、ｐプラス層３０内のうち、ｐマイナス層２０との接合面付近に配置される。これにより、３つのセンサ部５０がＺ軸方向（半導体装置１００の積層方向）に配置されるため、半導体装置１００内のＺ軸方向における電界等の分布を測定することができる。そして、半導体装置１００内のＺ軸方向における電界等の測定結果に基づいて、電力損失の抑制や耐久性を図った半導体装置１００を設計することができる。
【００５７】
図８および図９は、半導体装置１００内に複数のセンサ部５０が配置される別例を示す。図８および図９では、半導体装置１００として、特許文献１に示されたダイヤモンド接合電界効果トランジスタを示す。図８は、ＸＹ平面に射影された半導体装置１００を示し、図９は、図８に示した線分Ａ１−Ａ２における半導体装置１００の断面を示す。図８および図９に示した半導体装置１００は、例えば、ダイヤモンド基板５、ダイヤモンドにリンがドープされたｎ型のリンドープダイヤモンド領域１５、ダイヤモンドにリンがほとんどドープされないダイヤモンド絶縁領域２５、およびダイヤモンドにホウ素等の不純物がドープされたｐ型ダイヤモンド層３５を有する。また、半導体装置１００は、複数のセンサ部５０、ゲート電極ＧＴ、ドレイン電極ＤＴおよびソース電極ＳＴを有する。
【００５８】
図８および図９に示すように、ｎ型のリンドープダイヤモンド領域１５と、ｐ型チャネルを形成するｐ型ダイヤモンド層３５とが接合する接合面付近に、４つのセンサ部５０がそれぞれ配置される。これにより、測定装置２００は、センサ部５０が発光する蛍光の強度に基づいて、半導体装置１００のｐ型チャネル内における電界やリーク電流等を測定することができる。また、図８および図９に示すように、ドレイン電極ＤＴおよびソース電極ＳＴが配置されるダイヤモンド絶縁領域２５とｐ型ダイヤモンド層３５とが接合する接合面付近それぞれに、一対のセンサ部５０が配置される。これにより、測定装置２００は、センサ部５０が発光する蛍光の強度に基づいて、半導体装置１００のドレイン電極ＤＴおよびソース電極ＳＴにおけるリーク電流等を測定することができる。そして、半導体装置１００内の電界等の測定結果に基づいて、電力損失の抑制や耐久性を図った半導体装置１００を設計することができる。
【００５９】
以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点および利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲が、その精神および権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点および利点にまで及ぶことを意図する。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良および変更に容易に想到できるはずであり、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物および均等物によることも可能である。
【符号の説明】
【００６０】
５…ダイヤモンド基板；１０…ｎプラス層；１５…リンドープダイヤモンド領域；２０…ｐマイナス層；２５…ダイヤモンド絶縁領域；３０…ｐプラス層；３５…ｐ型ダイヤモンド層；４０ａ，４０ｂ…電極；５０…センサ部；１００…半導体装置；１１０…レーザ光源；１２０…ビームスプリッタ；１３０…対物レンズ；１４０…スライドガラス；１５０…電源；１６０…マイクロ波源；１７０…検出装置；１８０…制御装置；２００…測定装置；ＤＴ…ドレイン電極；ＧＴ…ゲート電極；ＳＴ…ソース電極
【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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【図９】
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