半导体装置以及使用了该半导体装置的电力变换装置制造方法及图纸

为了抑制半导体装置(10)的导通损耗和恢复损耗，半导体装置(10)设置有作为半导体基板的n型漂移层(11)、在半导体基板的表面设置的作为阳极区域的p型区域(12)以及n型区域(13)、在半导体基板的背面设置的作为阴极区域的高浓度n型区域(15)、以及阳极电极(1)。在该半导体基板的表面，具备p型区域(12)与n型区域(13)相邻的结构，p型区域(12)与阳极电极(1)相连接，n型区域(13)经由开关(14)与阳极电极(1)相连接。在该开关(14)的控制端子，连接有控制部(40)。在半导体装置(10)的导通状态下，控制部(40)将高频脉冲输出到开关(14)的控制端子，使开关(14)接通/断开。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体装置以及使用了该半导体装置的电力变换装置
本专利技术涉及一种半导体装置以及使用了该半导体装置的电力变换装置。本专利技术特 别是涉及用于空调或微波炉等的小功率设备和铁路或钢铁厂的逆变器等的大功率设备的 电力变换装置、以及用于该电力变换装置的半导体装置。
技术介绍
近年来，许多逆变器或转换器都使用了节能的电力变换装置或新能源的电力变换 装置。但是，为了实现低碳社会，那些电力变换装置的广泛普及必不可少。 图13是表示电力变换装置（逆变器）的电路图。 逆变器500对电动机950的旋转速度进行可变控制，并实现节能。 逆变器500由于对电动机950的旋转速度进行可变控制，因而使用作为功率半导 体的一种的 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管）700ul ?700w2 将从电源960供给的电能变为所希望的频率的交流。逆变器500具有连接在正侧电源端子 900与负侧电源端子901之间的U相开关引线、V相开关引线、以及W相开关引线。U相开 关引线向电动机950输出U相910u的信号。V相开关引线向电动机950输出V相910v的 信号。W相开关引线向电动机950输出W相910w的信号。 U相开关引线具备上臂的IGBT700ul以及续流二极管600ul、和下臂的IGBT700u2 以及续流二极管600u2。IGBT700ul的集电极端子与正侧电源端子900相连接。IGBT700ul 的发射极端子与IGBT700U2的集电极端子相连接。IGBT700U2的发射极端子与负侧电源端 子901相连接。在IGBT700ul，反向并联连接有续流二极管600ul。在IGBT700u2,反向并联 连接有续流二极管600u2。 在IGBT700ul的栅极端子，连接有栅极电路800ul的输出。在IGBT700u2的栅极 端子，连接有栅极电路800u2的输出。 从连接有IGBT700ul的发射极端子和IGBT700u2的集电极端子的节点，输出了 U 相 910u。 V相开关引线与U相开关引线同样地，具备上臂的IGBT700vl以及续流二极管 600vl、和下臂的IGBT700v2以及续流二极管600v2。 IGBT700V1的集电极端子与正侧电源端子900相连接。IGBT700V1的发射极端子 与IGBT700v2的集电极端子相连接。IGBT700v2的发射极端子与负侧电源端子901相连接。 在IGBT700vl，反向并联连接有续流二极管600vl。在IGBT700v2，反向并联连接有续流二极 管 600v2。 在IGBT700V1的栅极端子，连接有栅极电路800vl的输出。在IGBT700V2的栅极 端子，连接有栅极电路800v2的输出。 从连接有IGBT700vl的发射极端子与IGBT700v2的集电极端子的节点，输出了 V 相 910v。 W相开关引线与U相开关引线同样地具备上臂的IGBT700wl以及续流二极管 600wl、和下臂的IGBT700w2以及续流二极管600w2。 IGBT700W1的集电极端子与正侧电源端子900相连接。IGBT700W1的发射极端子 与IGBT700w2的集电极端子相连接。IGBT700w2的发射极端子与负侧电源端子901相连接。 在IGBT700wl，反向并联连接有续流二极管600wl。在IGBT700w2，反向并联连接有续流二极 管 600w2。 在IGBT700wl的栅极端子，连接有栅极电路800wl的输出。在IGBT700w2的栅极 端子，连接有栅极电路800w2的输出。 从连接有IGBT700wl的发射极端子与IGBT700w2的集电极端子的节点，输出了 W 相 910w。 以下在没有特别对 IGBT700u 1、700u2、700v 1、700v2、700wl、700w2 进行区别时，简 单地记载为IGBT700。在没有特别对续流二极管600ul、600u2、600vl、600v2、600wl、600w2 进行区别时，简单地记载为续流二极管600。 电动机950是3相电动机，具备U相910u、V相910v、以及W相910w的输入端子。 对于U相开关引线，在栅极电路800u2使IGBT700u2截止的状态下，若栅极电路 800ul使IGBT700ul导通，则正电流从IGBT700ul流到电动机950的U相910u，若栅极电路 800ul使IGBT700ul截止，则电流不再流到U相910u。 对于U相开关引线，例如若栅极电路800ul将PWM(Pulse Width Modulation，脉宽 调制）信号施加到IGBT700ul的栅极端子，则与该PWM信号的占空比相应的正电流流到U 相 910u。 对于U相开关引线，在栅极电路800ul使IGBT700ul截止的状态下，若栅极电路 800u2使IGBT700u2导通，则负电流从电动机950的U相910u流到IGBT700u2,若栅极电路 800u2使IGBT700u2截止，则电流不再流到U相910u。对于U相开关引线，同样地，若栅极电 路800u2将PWM信号施加到IGBT700u2的栅极端子，则与该PWM信号的占空比相应的负电 流流到U相910u。通过反复这样的控制，能够使所希望的频率的交流电流流到电动机950。 V相开关引线也与U相开关引线同样地进行控制，能够使电流流到V相910v。W相 开关引线也与U相开关引线同样地进行控制，能够使电流流到W相910w。 续流二极管600ul例如在上臂的IGBT700ul截止的情况下，将已流过该IGBT700ul 的电流换向到与下臂的IGBT700u2反向并联连接的续流二极管600u2。由此，续流二极管 600ul、600u2将蓄积在电动机950的线圈（未图示）中的电磁能量释放出来。 之后，若再次使上臂的IGBT700ul导通，则下臂的续流二极管600u2变为非导通状 态，电力经由上臂的IGBT700ul被供给到电动机950。IGBT700ul、700u2以及续流二极管 600ul、600u2在导通状态下产生导通损耗，在开关动作时产生开关损耗。 IGBT700vl、700v2 以及续流二极管 600vl、600v2 也同样。IGBT700wl、700w2 以及 续流二极管600wl、600w2也同样。 因此，为了将逆变器500小型化、高效率化，需要降低IGBT700的导通损耗以及开 关损耗，也需要降低续流二极管600的导通损耗以及开关损耗。 在非专利文献1、2中，记载了一种为了降低续流二极管600的导通损耗而利用脉 冲从阳极电极1侧注入空穴的方法（以下简称为脉冲空穴注入）。 图14(a)?（c)是表示比较例中的二极管的结构与动作的图。以下，利用图14来 说明二极管10Z的导通损耗因脉冲空穴注入而降低的理由。 图14(a)是表示比较例中的二极管的结构的图。 作为比较例的半导体装置的二极管10Z具备作为η型漂移层11的半导体基板、P 型区域12、η型区域13、开关14、14i、高浓度η型区域15、以及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，具备：第1导电型半导体基板；阳极区域，其设置于所述半导体基板的第1表面；第1导电型阴极区域，其设置于所述半导体基板的第2表面；和阳极电极，所述半导体装置的特征在于，在所述第1表面，具备第1导电型阳极区域与第2导电型阳极区域相邻的结构，所述第2导电型阳极区域与所述阳极电极相连接，所述第1导电型阳极区域经由开关与所述阳极电极相连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1. 一种半导体装置，具备： 第1导电型半导体基板； 阳极区域，其设置于所述半导体基板的第1表面； 第1导电型阴极区域，其设置于所述半导体基板的第2表面；和 阳极电极， 所述半导体装置的特征在于， 在所述第1表面，具备第1导电型阳极区域与第2导电型阳极区域相邻的结构， 所述第2导电型阳极区域与所述阳极电极相连接， 所述第1导电型阳极区域经由开关与所述阳极电极相连接。2. 根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于， 在所述第2导电型阳极区域与所述半导体基板的边界面，设置第1导电型空穴势垒层， 所述第1导电型空穴势垒层的杂质浓度高于所述半导体基板的杂质浓度。3. -种半导体装置，具备： 第1导电型半导体基板； 阳极区域，其设置于所述半导体基板的第1表面； 第1导电型阴极区域，其设置于所述半导体基板的第2表面；和 阳极电极， 所述半导体装置的特征在于， 在所述第1表面设置如下结构：第1导电型阳极区域与第2导电型阳极区域被该半导 体基板的第1导电体隔开并且相接近， 所述第1导电型阳极区域比所述第2导电型阳极区域薄，并且经由开关与所述阳极电 极相连接， 所述第2导电型阳极区域与所述阳极电极相连接。4. 根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于， 在所述第1导电型阳极区域与所述半导体基板的边界面，设置有第2导电型层。5. 根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于， 还具备控制部，该控制部控制为：在正向电压被施加到该半导体装置的期间，所述开关 反复接通/断开。6. 根据权利要求5所述的半导体装置，其特征在于， 所述控制部控制为：在反向电压被施加到该半导体装置的期间，使所述开关接通。7. 根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于， 所述开关为MOSFET。8. -种半导体装置，具备第1导电型半导体基板， 所述半导体装置的特征在于，在所述半导体基板的第1表面，具备： 第2导电型沟道区域； 栅极电极，其设置于贯通所述沟道区域而到达所述半导体基板的沟槽，并通过栅极绝 缘膜与所述半导体基板以及所述沟道区域相绝缘； 第1导电型阳极区域，其设置在所述沟道区域的表面且与所述栅极绝缘膜相接的部 位；和 阳极电极，其与所述沟道区域以及所述阳极区域相接。9. 根据权利要求8所述的半导体装置，其特征在于， 还具备控制部，在正向电压被施加到该半导体装置的期间，该控制部对所述栅极电极 反复输出导通信号和截止信号。10. 根据权利要求8所述的半导体装置，其特征在于， 还具备控制部，在反向电压被施加到该半导体装置的期间，该控制部对所述栅极电极 输出导通信号。11. 一种半导体装置，其具备第1导电型的半导体基板， 所述半导体装置的特征在于， 在所述半导体基板的第1表面，具备： 第2导电型沟道区域； 栅极电极，其设置于贯通所述沟道区域而到达所述半导体基板的沟槽，并通过栅极绝 缘膜与所述半导体基板以及所述沟道区域相绝缘； 第1导电型发射极区域，其设置在所述沟道区域的表面且与所述栅极绝缘膜相接的部 位；和 发射极电极，其与所述沟道区域以及该发射极区域相接， 在所述半导体基板的第2表面，具备第1导电型集电极区域与第2导电型集电极区域 相邻的结构， 所述第2导电型集电极区域与集电极电极相连接， 所述第1导电型集电极区域经由开关与所述集电极电极相连接。12. 根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：桥本贵之，增永昌弘，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：日本;JP