CH695033A5

CH695033A5 - Diode.

Info

Publication number: CH695033A5
Application number: CH01760/00A
Authority: CH
Inventors: Noritoshi Hirano; Katsumi Satoh
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-01-11
Filing date: 2000-09-07
Publication date: 2005-11-15
Also published as: US6552413B1; JP2001196606A

Description


  



   Die vorliegende Erfindung betrifft eine Diode, welche eine hohe Durchbruchspannung  und eine schnelle Sperrverzögerungscharakteristik erfordert, wie  beispielsweise eine Freilaufdiode, eine Spannungsklemmdiode, o.a.,  welche zusammen mit einem Leistungshalbleiterbauelement mit hoher  Durchbruchspannung, wie beispielsweise einem IGBT (Insulated Gate  Bipolar Transistor), einem GCT (Gate Commutated Turn-Off Thyristor),  o.a., eingesetzt wird. 



   Fig. 8 ist eine Ansicht, welche den Schichtaufbau einer konventionellen  Diode zeigt. Die Diode umfasst eine n-Schicht 501, welche in einem  Halbleitersubstrat, wie beispielsweise Silizium, ausgebildet ist,  eine p-Schicht 502, welche anschliessend an die n-Schicht 501 ausgebildet  ist, eine n<+>-Schicht 503, welche anschliessend an die n-Schicht  501 auf der gegenüberliegenden Seite der p-Schicht 502 ausgebildet  ist, und welche eine höhere Dotierung hat als die Dotierung der n-Schicht  501, eine Anodenelektrode 504 und eine Kathodenelektrode 505. Die  n<+>-Schicht 503 ist vorgesehen, um die Ladungsträgerkonzentration  zu erhöhen und dadurch die Diode dünner zu machen.

   Die n<+>-Schicht  503 ist nicht in der Nähe der p-Schicht 502 vorgesehen, sondern auf  der Seite der Kathode 505, um die Ladungsträgerkonzentration effektiv  zu erhöhen, ausgenommen in einem Teilbereich, welcher verarmt werden  soll. 



   Wenn an die Diode, durch welche ein Vorwärtsstrom fliesst, durch  schnelles Schalten eines externen Schaltkreises eine Sperrspannung  angelegt wird, wird die Grösse des Stromes auf 0 reduziert, und zudem  fliesst für eine gewisse Zeitdauer ein grosser Strom in entgegengesetzter  Richtung. Dies ist ein vorübergehendes Phänomen, welches durch die  Bewegung der Minoritätsladungsträger verursacht wird, welche in der  Diode gespeichert sind. Der Rückwärtsstrom nimmt mit einem Abnahmequotienten  ab, welcher als Parameter den Wert der angelegten Sperrspannung und  den Wert der Induktanz des externen Schaltkreises umfasst, und fliesst  kontinuierlich, bis sich die Konzentration der Überschussladungsträger  in der Nähe des pn-Überganges auf eine bestimmte Konzentration oder  darunter verringert hat, um eine Sperrschicht zu bilden.

   Der Wert,  welcher durch Integrieren des Produktes aus    Rückwärtsstrom und  Sperrspannung über die Zeit erhalten wird, ist der Energieverlust,  welcher während der Sperrverzögerung verbraucht wird. 



   Um die Sperrverzögerungscharakteristik zu verbessern, wird häufig  ein Proton in die Nähe des pn-Überganges eingestrahlt, welcher sich  an der Grenzfläche der n-Schicht 501 und der p-Schicht 502 bildet.  Infolgedessen bildet sich ein Rekombinationszentrum eines Ladungsträgers,  und die Lebensdauer des Ladungsträgers wird kontrolliert, um sie  zu verkürzen. Überdies werden über das ganze Halbleitersubstrat die  Diffusion eines Schwermetalls, die Bestrahlung mit Elektronenstrahlen  u.Ä. ausgeführt, wobei die Lebensdauer der Ladungsträger in ähnlicher  Weise kontrolliert wird. Wenn die Lebensdauer der Ladungsträger verkürzt  wird, wird die Zahl der gespeicherten Minoritätsladungsträger reduziert.  Somit kann der Wert des Rückwärtsstromes kontrolliert werden. 



   In der konventionellen Diode, welche oben beschrieben ist, kann der  Strom während der Sperrverzögerung reduziert werden, indem die Lebensdauer  der Ladungsträger in der Nähe des pn-Überganges kontrolliert wird,  um sie zu verkürzen, und der Energieverlust kann kontrolliert werden.                                                          



   Im Falle, in welchem während der Sperrverzögerung eine grosse Sperrspannung  angelegt ist, tritt jedoch das Problem auf, dass die an der Diode  angelegte Spannung schnell schwankt, was leicht EMI(Elektro-Magnetische  Interferenz)-Störungen erzeugt, welche eine Fehlfunktion der peripheren  elektrischen Einrichtungen und Apparate verursachen. Es wird angenommen,  dass die Schwankungen in der Spannung auf folgende Weise verursacht  werden. 



   Genauer hat die Diode während der Sperrverzögerung eine kapazitive  Komponente, welche als Parameter den Abstand von der Sperrschicht  und die Zahl der Überschussladungsträger umfasst, und eine Widerstandskomponente,  welche als Parameter den Wert der angelegten Sperrspannung und die  Werte des Leckstromes und des Stromes umfasst, welcher in Folge der  Bewegung der Überschussladungsträger fliesst. Durch Zufügen einer    induktiven Komponente eines externen Schaltkreises für das Anlegen  der Sperrspannung zur kapazitiven Komponente und zur Widerstandskomponente  der Diode wird ein LCR-Seriekreis gebildet. Die kapazitive Komponente  und die Widerstandskomponente der Diode werden gleichzeitig mit der  Vergrösserung der Sperrschicht verändert.

   Insbesondere die Widerstandskomponente  wird schnell vergrössert, wenn die Sperrschicht erzeugt wird, sodass  die Konzentrationsverteilung der Überschussladungsträger sich ändert.  Wenn die natürlichen Schwingungsbedingungen des LCR-Seriekreises  durch Änderung der kapazitiven Komponente und der Widerstandskomponente  erfüllt sind, wird eine Spannungsschwingung erzeugt. 



   Zudem ändert sich die Widerstandskomponente plötzlich, wenn die Sperrschicht  die n<+>-Schicht 503 erreicht. Infolgedessen wird angenommen, dass  ein Triggerimpuls erzeugt wird, welcher eine Spannungsschwankung  verursacht. 



   Um die oben erwähnten Probleme zu lösen ist es ein Ziel der vorliegenden  Erfindung, eine Diode zu implementieren, in welcher der Energieverlust  während der Sperrverzögerung kontrolliert wird, und eine angelegte  Spannung schwerlich in Schwingung versetzt wird, sogar wenn die Sperrspannung  einen grossen Wert hat. 



   Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf eine Diode gerichtet,  welche ein Halbleitersubstrat umfasst, welches eine erste Hauptoberfläche  und eine zweite Hauptoberfläche hat, welche der ersten Hauptoberfläche  gegenüber liegt, ein erstes Halbleitergebiet von einem ersten Leitfähigkeitstyp,  welches gegen die erste Hauptoberfläche gerichtet ist und im Halbleitersubstrat  ausgebildet ist, ein zweites Halbleitergebiet von einem zweiten Leitfähigkeitstyp,  welches gegen die zweite Hauptoberfläche gerichtet ist und im Halbleitersubstrat  anschliessend an das erste Halbleitergebiet ausgebildet ist, mindestens  ein drittes Halbleitergebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp, welches  an einer Stelle auf dem zweiten Halbleitergebiet, welches gegen die  zweite Hauptoberfläche gerichtet ist, ausgebildet ist, welche Stelle  eine Sperrschicht,

   welche sich beim Anlegen einer Sperrspannung von  einer Grenzfläche des ersten und zweiten Halbleitergebietes aus ausbreitet,    nicht erreicht, eine erste Elektrode, welche auf der ersten Hauptoberfläche  ausgebildet ist, und eine zweite Elektrode, welche auf der zweiten  Hauptoberfläche ausgebildet ist. 



   Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf eine Diode  gemäss dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung gerichtet, worin  das zweite Halbleitergebiet auf der Seite der zweiten Hauptoberfläche  eine höhere Dotierung hat als auf der Seite des ersten Halbleitergebietes.                                                     



   Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf eine Diode  gemäss dem ersten oder zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung  gerichtet, worin der Durchmesser eines Teilbereiches des dritten  Halbleitergebietes, welches gegen die zweite Hauptoberfläche gerichtet  ist, ungefähr 400 mu m oder kleiner ist. 



   Ein vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf eine Diode  gemäss einem der Aspekte eins bis drei der vorliegenden Erfindung  gerichtet, worin die Gesamtfläche des oder der Teilbereiche des dritten  Halbleitergebietes, welches gegen die zweite Hauptoberfläche gerichtet  ist, ungefähr gleich oder kleiner 2/5 der Fläche der zweiten Hauptoberfläche  ist. 



   Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf eine Diode  gerichtet, welche ein Halbleitersubstrat umfasst, welches eine erste  Hauptoberfläche und eine zweite Hauptoberfläche hat, welche der ersten  Hauptoberfläche gegenüber liegt, ein erstes Halbleitergebiet von  einem ersten Leitfähigkeitstyp, welches gegen die erste Hauptoberfläche  gerichtet ist und im Halbleitersubstrat ausgebildet ist, ein zweites  Halbleitergebiet von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, welches gegen  die zweite Hauptoberfläche gerichtet ist und im Halbleitersubstrat  anschliessend an das erste Halbleitergebiet ausgebildet ist, mindestens  ein drittes Halbleitergebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp, welches  gegen die zweite Hauptoberfläche gerichtet ist und im zweiten Halbleitergebiet  ausgebildet ist, eine erste Elektrode, welche auf der ersten Hauptoberfläche  ausgebildet ist,

   und eine zweite Elektrode, welche auf der zweiten  Hauptoberfläche ausgebildet ist, worin der Durchmesser eines Teil   bereiches des dritten Halbleitergebietes, welches gegen die zweite  Hauptoberfläche gerichtet ist, ungefähr 400  mu m oder kleiner ist.                                                            



   Ein sechster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf eine Diode  gerichtet, welche ein Halbleitersubstrat umfasst, welches eine erste  Hauptoberfläche und eine zweite Hauptoberfläche hat, welche der ersten  Hauptoberfläche gegenüber liegt, ein erstes Halbleitergebiet von  einem ersten Leitfähigkeitstyp, welches gegen die erste Hauptoberfläche  gerichtet ist und im Halbleitersubstrat ausgebildet ist, ein zweites  Halbleitergebiet von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, welches gegen  die zweite Hauptoberfläche gerichtet ist und im Halbleitersubstrat  anschliessend an das erste Halbleitergebiet ausgebildet ist, mindestens  ein drittes Halbleitergebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp, welches  gegen die zweite Hauptoberfläche gerichtet ist und im zweiten Halbleitergebiet  ausgebildet ist, eine erste Elektrode, welche auf der ersten Hauptoberfläche  ausgebildet ist,

   und eine zweite Elektrode, welche auf der zweiten  Hauptoberfläche ausgebildet ist, worin die Gesamtfläche des oder  der Teilbereiche des dritten Halbleitergebietes, welches gegen die  zweite Hauptoberfläche gerichtet ist, ungefähr gleich oder kleiner  2/5 der Fläche der zweiten Hauptoberfläche ist. 



   Ein siebter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf eine Diode  gemäss dem fünften oder sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung  gerichtet, worin das zweite Halbleitergebiet auf der Seite der zweiten  Hauptoberfläche eine höhere Dotierung hat als auf der Seite des ersten  Halbleitergebietes. 



   Gemäss dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist mindestens  ein drittes Halbleitergebiet an einer Stelle auf dem zweiten Halbleitergebiet  ausgebildet, welches gegen die zweite Hauptoberfläche gerichtet ist,  welche Stelle die Sperrschicht, welche sich beim Anlegen der Sperrspannung  von der Grenzfläche des ersten und zweiten Halbleitergebietes aus  ausbreitet, nicht erreicht. Deshalb kann die Stromdichte des Rückwärtsstromes,  welcher während der Sperrverzögerung erhalten wird, vergrössert werden,  und es kann    verhindert werden, dass sich die Widerstandskomponente  der Diode plötzlich ändert, und dass eine Spannungsschwankung erzeugt  wird. 



   Gemäss dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung hat das zweite  Halbleitergebiet auf der Seite der zweiten Hauptoberfläche eine höhere  Dotierung als auf der Seite des ersten Halbleitergebietes. Deshalb  kann die Ladungsträgerkonzentration im zweiten Halbleitergebiet erhöht  werden, ausgenommen in einem Teilbereich, welcher verarmt werden  soll. Aus diesem Grund kann die Diode dünner gemacht werden. Zudem  wird die Ladungsträgerkonzentration erhöht. Infolgedessen kann der  Rückwärtsstrom zwischen dem zweiten Halbleitergebiet und dem dritten  Halbleitergebiet, welcher während der Sperrverzögerung erhalten wird,  stärker vergrössert werden. Aus diesem Grund können die plötzliche  Änderung der Widerstandskomponente der Diode und die Erzeugung der  Spannungsschwankung zuverlässiger verhindert werden. 



   Gemäss einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung hat der Teilbereich  des dritten Halbleitergebietes, welches gegen die zweite Hauptoberfläche  gerichtet ist, einen Durchmesser von 400  mu m oder kleiner. Deshalb  ist es möglich, die Spannungsschwankung zu verhindern, ohne die Vorwärtsspannung  und den Energieverlust, welcher während der Sperrverzögerung erzeugt  wird, zu erhöhen. 



   Gemäss einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung haben der  oder die Teilbereiche des dritten Halbleitergebietes, welches gegen  die zweite Hauptoberfläche gerichtet ist, eine Gesamtfläche von ungefähr  2/5 oder weniger der Fläche der zweiten Hauptoberfläche. Deshalb  ist es möglich, den Energieverlust, welcher während der Sperrverzögerung  erzeugt wird, effektiv zu kontrollieren, ohne die Vorwärtsspannung  zu erhöhen. 



   Gemäss dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist mindestens  ein drittes Halbleitergebiet im zweiten Halbleitergebiet ausgebildet,  welches gegen die zweite Hauptoberfläche gerichtet ist. Deshalb kann  die Stromdichte des Rückwärtsstromes, welcher während der Sperrverzögerung  erhalten wird, vergrössert werden, die plötzliche Änderung der Widerstands   komponente der Diode kann verhindert werden, und die Erzeugung  der Spannungsschwankung kann unterdrückt werden. Ausserdem hat der  Teilbereich des dritten Halbleitergebietes, welches gegen die zweite  Hauptoberfläche gerichtet ist, einen Durchmesser von ungefähr 400  mu m oder kleiner. Deshalb ist es möglich, die Spannungsschwankung  zu unterdrücken, ohne die Vorwärtsspannung und den Energieverlust,  welcher während der Sperrverzögerung erzeugt wird, zu erhöhen. 



   Gemäss dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist mindestens  ein drittes Halbleitergebiet im zweiten Halbleitergebiet ausgebildet,  welches gegen die zweite Hauptoberfläche gerichtet ist. Deshalb kann  die Stromdichte des Rückwärtsstromes, welcher während der Sperrverzögerung  erhalten wird, vergrössert werden, die plötzliche Änderung der Widerstandskomponente  der Diode kann verhindert werden, und die Erzeugung der Spannungsschwankung  kann unterdrückt werden. Ausserdem hat der oder die Teilbereiche  des dritten Halbleitergebietes, welches gegen die zweite Hauptoberfläche  gerichtet ist, eine Gesamtfläche von ungefähr 2/5 der Fläche der  zweiten Hauptoberfläche oder kleiner. Deshalb ist es möglich, den  Energieverlust, welcher während der Sperrverzögerung erzeugt wird,  effektiv zu kontrollieren, ohne die Vorwärtsspannung zu vergrössern.

                                                             



   Gemäss einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung hat das zweite  Halbleitergebiet auf der Seite der zweiten Hauptoberfläche eine höhere  Dotierung als auf der Seite des ersten Halbleitergebietes. Deshalb  kann die Ladungsträgerkonzentration im zweiten Halbleitergebiet erhöht  werden, ausgenommen in einem Teilbereich, welcher verarmt werden  soll. Aus diesem Grund kann die Diode dünner gemacht werden. Zudem  wird die Ladungsträgerkonzentration erhöht. Infolgedessen kann der  Rückwärtsstrom zwischen dem zweiten Halbleitergebiet und dem dritten  Halbleitergebiet, welcher während der Sperrverzögerung erhalten wird,  stärker vergrössert werden. Aus diesem Grund kann die plötzliche  Änderung der Widerstandskomponente der Diode und die Erzeugung der  Spannungsschwankung zuverlässiger verhindert werden. 



     Diese und andere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden  Erfindung sind besser aus der folgenden detaillierten Beschreibung  der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen  ersichtlich.      Fig. 1 ist ein Querschnitt, welcher eine Diode  gemäss einer ersten Ausführungsform zeigt;     Fig. 2 ist eine  Ansicht, welche den Schnitt entlang der Linie X-X in Fig. 1 von oben  gesehen zeigt;     Fig. 3 ist eine grafische Darstellung, welche  ein Simulationsresultat zeigt für die Beziehung zwischen der Vorwärtsspannung  Vf und dem Durchmesser W einer kathodenseitigen p-Schicht 103 in  der Diode gemäss der ersten Ausführungsform;

       Fig. 4 ist eine  grafische Darstellung, welche ein Simulationsresultat zeigt für die  Beziehung zwischen dem Energieverlust Erec, welcher während der Sperrverzögerung  erzeugt wird, und dem Durchmesser W einer kathodenseitigen p-Schicht  103 in der Diode gemäss der ersten Ausführungsform;     Fig. 5  ist eine grafische Darstellung, welche ein Simulationsresultat zeigt  für die Beziehung zwischen der Grösse V p  -  p  der Spannungsschwankung  und dem Durchmesser W einer kathodenseitigen p-Schicht 103 in der  Diode gemäss der ersten Ausführungsform;

       Fig. 6 ist eine grafische  Darstellung, welche ein Simulationsresultat zeigt für die Beziehung  zwischen der Vorwärtsspannung Vf und dem Energieverlust Erec, welcher  während der Sperrverzögerung erzeugt wird, und dem Anteil, welchen  die Gesamtfläche der kathodenseitigen p-Schicht 103 in der Diode  gemäss der ersten Ausführungsform auf der Kathodenelektrodenoberfläche  einnimmt;     Fig. 7 ist ein Querschnitt, welcher eine Diode gemäss  einer zweiten Ausführungsform zeigt;       Fig. 8 ist ein Querschnitt,  welcher eine konventionelle Diode zeigt. Erste Ausführungsform:                                                              



   Eine Diode gemäss der vorliegenden Erfindung ist auf der Kathodenseite  an einer Stelle mit mindestens einer p-Schicht auf einer n-Schicht  versehen, welche Stelle eine Sperrschicht nicht erreicht, wodurch  der Rückwärtsstrom während einer Sperrverzögerung vergrössert wird,  um zu verhindern, dass die Widerstandskomponente der Diode plötzlich  ändert, und um zu verhindern, dass eine Spannungsschwankung erzeugt  wird. 



   Fig. 1 ist ein Querschnitt, welcher eine Diode gemäss einer ersten  Ausführungsform zeigt. Die Diode umfasst eine n-Schicht 101, welche  in einem Halbleitersubstrat, wie beispielsweise Silizium, ausgebildet  ist, eine p-Schicht 102, welche anschliessend an die n-Schicht 101  ausgebildet ist, eine Anodenelektrode 104 und eine Kathodenelektrode  105. Zudem umfasst die Diode auch eine kathodenseitige p-Schicht  103, welche gegen die Kathodenelektrode 105 gerichtet ist und an  einer Stelle auf der n-Schicht 101 ausgebildet ist, welche eine Sperrschicht,  welche sich während dem Anliegen einer Sperrspannung von der Grenzfläche  der n-Schicht 101 und der p-Schicht 102 aus ausbreitet, nicht erreicht.

    Aus folgendem Grund ist die kathodenseitige p-Schicht 103 an einer  Stelle auf der n-Schicht 101 vorgesehen, welche die Sperrschicht,  welche sich während dem Anliegen einer Sperrspannung ausbreitet,  nicht erreicht. Genauer soll die Sperrschicht daran gehindert werden,  die kathodenseitige p-Schicht 103 zu erreichen und einen Punchthrough-Strom  (Durchgreifstrom) zu verursachen, welcher durch die Diode fliesst,  woraus eine Entartung der Gleichrichtung resultiert. Fig. 2 ist eine  Ansicht, welche den Schnitt entlang der Linie X-X in Fig. 1 von oben  gesehen zeigt. 



   Mit einer solchen Struktur, welche mit einer kathodenseitigen p-Schicht  103 vorsehen ist, wird in der Folge während dem Anliegen einer Sperrspannung  ein Loch in der kathodenseitigen p-Schicht 103 in die n-Schicht 101  implantiert. Das implantierte Loch hat die Funktion, die Minoritätsladungsträgerkonzentration  in der n-Schicht 101 zu erhöhen, um die Geschwindigkeit, mit welcher  sich eine Sperrschicht in der n-Schicht 101    ausdehnt, zu kontrollieren.  Von einem anderen Standpunkt ist es ebenfalls offensichtlich, dass  die Stromdichte des Rückwärtsstromes während der Sperrverzögerung  in einem gewissen Umfang erhöht wird, um die Widerstandskomponente  während der Sperrverzögerung der Diode zu reduzieren. 



   Mit der oben erwähnten Struktur ist es möglich, die Widerstandskomponente  während der Sperrverzögerung der Diode zu reduzieren, wodurch das  Erreichen der natürlichen Schwingungsbedingungen des LCR-Seriekreises  erschwert wird, und die Erzeugung einer Spannungsschwingung verhindert  wird. 



   In einer Struktur, in welcher die n-Schicht 101 mit einer kathodenseitigen  p-Schicht 103 versehen ist, wird während dem Anliegen einer Vorwärtsspannung  an der Diode eine Sperrspannung zwischen der n-Schicht 101 und der  kathodenseitigen p-Schicht 103 angelegt. Deshalb wird angenommen,  dass die Vorwärtsspannung, welche für den Betrieb der Diode notwendig  ist, während dem Anliegen einer Vorwärtsspannung erhöht wird. 



   Zudem ist es notwendig, zu wissen, wie weit die Grösse der Spannungsschwankung  mit der kathodenseitigen p-Schicht 103 kontrolliert werden kann.  Überdies wird angenommen, dass der Wert des Energieverlustes während  der Sperrverzögerung ebenfalls durch die kathodenseitige p-Schicht  103 beeinflusst wird. 



   Die Erfinder führten eine Simulation aus für die Abhängigkeit der  Vorwärtsspannung Vf, des Energieverlustes Erec, welcher während der  Sperrverzögerung erzeugt wird, und des Wertes V p  -  p  der Spannungsschwankung  (welcher gleich der Spannungsdifferenz von Spitze zu Spitze ist)  vom Durchmesser W der kathodenseitigen p-Schicht 103, wobei eine  quantitative Analyse ausgeführt wurde. Die Resultate davon sind in  Tabelle 1 und in den Fig. 3 bis 5 gezeigt. Diese Resultate geben  das relative Verhältnis in Abhängigkeit vom Durchmesser W der kathodenseitigen  p-Schicht 103 an, basierend für jede Grösse auf einem Durchmesser  W der kathodenseitigen p-Schicht 103 von 400  mu m. Ausserdem wird  jede Grösse mit einem Durchmesser W von 0  mu m in einer Diode erhalten,  welche einen konventionellen Aufbau hat,    welcher keine kathodenseitige  p-Schicht 103 einschliesst.

    Tabelle 1  



    <tb><TABLE> Columns = 4  <tb><SEP> w<SEP> Vf<SEP> Erec<SEP> V  p-p  <tb><SEP> [ mu  mu  KAPPA <SEP> Verhältnis<SEP> Verhältnis<SEP>  Verhältnis <tb><SEP> 0<SEP> 0.807<SEP> 1.108<SEP> 63.468 <tb><SEP>  150<SEP> 0.880<SEP> 0.973<SEP> 8.426 <tb><SEP> 300<SEP> 0.940<SEP>  0.938<SEP> 1.486 <tb><SEP> 400<SEP> 1.000<SEP> 1.000<SEP> 1.000 <tb><SEP>  600<SEP> 1.286<SEP> 1.001<SEP> 0.683  <tb></TABLE> 



   Zunächst ist aus Fig. 3 ersichtlich, dass die Vorwärtsspannung Vf  einfach mit einer Zunahme des Durchmessers W ansteigt. Der Anstieg  hat einen grossen Gradienten in der Umgebung von 400  mu m und darüber.  Es ist offensichtlich, dass während dem Anliegen einer Vorwärtsspannung  in diesem Bereich eine hohe Spannung für den Betrieb der Diode erforderlich  ist. Infolgedessen ist aus Fig. 3 ersichtlich, dass für den Durchmesser  W der kathodenseitigen p-Schicht 103 ein Wert von ungefähr 400  mu  m oder kleiner richtig ist. 



   Zudem ist aus Fig. 4 ersichtlich, dass der Energieverlust Erec, welcher  während der Sperrverzögerung produziert wird, mit der Zunahme des  Durchmessers W abnimmt. Die Abnahmetendenz wandelt sich in eine Zunahme,  wenn der Durchmesser W über ungefähr 300  mu m hinausgeht, und erreicht  einen beinahe konstanten Wert, wenn der Durchmesser W 400  mu m oder  grösser ist. Gemäss dem Urteil in Fig. 4 ist ungefähr 300  mu m der  richtige Wert für den Durchmesser W der kathodenseitigen p-Schicht  103, bei welchem    der Energieverlust Erec den kleinsten Wert hat.  Es ist indes offensichtlich, dass, unabhängig vom Wert des Durchmessers  W, der Wert des Energieverlustes Erec verglichen mit einer konventionellen  Diode (deren Daten einem Durchmesser W von 0  mu m entsprechen) herabgesetzt  wird, wenn eine kathodenseitige p-Schicht 103 zur Verfügung steht.

    Deshalb ist der Durchmesser W nicht auf einen Wert in der Nähe von  300 mu m beschränkt. 



   Überdies ist aus Fig. 5 ersichtlich, dass die Grösse V p  -  p  der  Spannungsschwankung mit Zunahme des Durchmessers W abnimmt. Die Abnahmetendenz  wird gedämpft, wenn der Durchmesser ungefähr 400 um übersteigt und  die Grösse V p  -  p  der Spannungsschwankung nicht sehr stark abnimmt  (die Grösse V p  -  p  der Spannungsschwankung ist in Fig. 5 in logarithmischem  Massstab dargestellt). Infolgedessen ist es offensichtlich, dass  der Durchmesser W der kathodenseitigen p-Schicht 103 wünschbarerweise  auf ungefähr 400  mu m oder grösser festgelegt wird. Es ist indes  offensichtlich, dass, unabhängig vom Wert des Durchmessers W, der  Wert der Grösse V p  -  p  der Spannungsschwankung verglichen mit  einer konventionellen Diode (deren Daten einem Durchmesser W von  0  mu m entsprechen) verkleinert wird, wenn eine kathodenseitige  p-Schicht 103 zur Verfügung steht.

   In einem Bereich des Durchmessers  W von 400  mu m oder kleiner ist die Verkleinerungstendenz besonders  ausgeprägt. Deshalb ist es offensichtlich, dass die Spannungsschwankungen  mit einem Durchmesser W von 400  mu m oder kleiner vollständig unterdrückt  werden können. 



   Durch übergreifende Beurteilung des Vorangehenden ist es offensichtlich,  dass der Durchmessers W der kathodenseitigen p-Schicht 103 richtigerweise  auf ungefähr 400 mu m oder kleiner festgelegt wird. 



   Zudem führten die Erfinder eine Simulation aus für die Abhängigkeit  der Vorwärtsspannung Vf und des Energieverlustes Erec, welcher während  der Sperrverzögerung erzeugt wird, vom Anteil, welchen die Gesamtfläche  der kathodenseitigen p-Schicht 103 auf der Kathodenelektrodenoberfläche  einnimmt. Die Resultate davon sind in Tabelle 2 und Fig. 6 gezeigt.  Diese Resultate geben das relative Verhältnis in Abhängigkeit vom  Flächenanteil der kathodenseitigen p-Schicht 103 an, basierend für  jede Grösse auf einem    Flächenanteil der kathodenseitigen p-Schicht  103 von 37.5%.  Tabelle 2  



    <tb><TABLE> Columns = 3  <tb><SEP> Flächenanteil<SEP> Vf<SEP>  Erec <tb><SEP> [%]<SEP> Verhältnis<SEP> Verhältnis <tb><SEP> 75<SEP>  1.614<SEP> 0,885 <tb><SEP> 50<SEP> 1.134<SEP> 0.938 <tb><SEP> 37.5<SEP>  1.000<SEP> 1.000 <tb><SEP> 18.8<SEP> 0.866<SEP> 1.107 <tb><SEP>  12.5<SEP> 0.841<SEP> 1.163  <tb></TABLE> 



   Aus Fig. 6 ist ersichtlich, dass die Vorwärtsspannung Vf mit Zunahme  des Flächenanteils einfach ansteigt. Der Anstieg hat einen grösseren  Gradienten in der Nähe von 40% oder grösser. In diesem Bereich ist  es offensichtlich, dass während dem Anliegen einer Vorwärtsspannung  für den Betrieb der Diode eine hohe Spannung erforderlich ist. Infolgedessen  ist aus Fig. 6 ersichtlich, dass für den Flächenanteil der kathodenseitigen  p-Schicht 103 ein Wert von ungefähr 40% (=2/5) oder weniger richtig  ist, welcher Wert eine kleine Anstiegsrate der Vorwärtsspannung Vf  hat. 



   Überdies ist aus Fig. 6 ersichtlich, dass der Energieverlust Erec,  welcher während der Sperrverzögerung erzeugt wird, mit der Zunahme  des Flächenanteils abnimmt. Entsprechend wird aus Fig. 6 geschlossen,  dass der Wert des Energieverlustes Erec wünschbarerweise abnimmt,  wenn der Flächenanteil der kathodenseitigen p-Schicht 103 vergrössert  wird. Indes wird die Abnahmetendenz flacher, wenn der Flächenanteil  vergrössert wird. Deshalb ist es ebenfalls offensichtlich, dass der  Energieverlust Erec, welcher während    der Sperrverzögerung erzeugt  wird, effektiv kontrolliert werden kann, sogar wenn der Flächenanteil  keinen grösseren Wert hat als nötig. 



   Durch übergreifende Beurteilung des Vorangehenden ist es offensichtlich,  dass der Anteil, welchen die Gesamtfläche der kathodenseitigen p-Schicht  103 auf der Kathodenelektrodenoberfläche einnimmt, richtigerweise  auf ungefähr 2/5 oder weniger festgelegt wird. 



   Die Resultate der oben beschriebenen Simulation wurden erhalten,  indem die Dicke des kathodenseitigen p-Schicht 10 auf ungefähr 30  mu m festgesetzt wurde. Der Wert von 30  mu m wurde durch Optimierung  erhalten, welche sich auf die Resultate einer Sperrspannungssimulation  stützt, welche vorgängig ausgeführt wurde. 



   Beim Einsatz der Diode gemäss der vorliegenden Erfindung ist mindestens  eine kathodenseitige p-Schicht 103 an einer Stelle auf der n-Schicht  101 ausgebildet, welche Stelle von einer Sperrschicht, welche in  der n-Schicht 101 erzeugt wird, nicht erreicht wird. Deshalb kann  die Stromdichte des Rückwärtsstromes, welcher während der Sperrverzögerung  erhalten wird, erhöht werden, es kann vermieden werden, dass sich  die Widerstandskomponente der Diode plötzlich ändert, und die Erzeugung  einer Spannungsschwankung kann unterdrückt werden.

   Indem der Durchmesser  W des Teilbereiches der kathodenseitigen p-Schicht (103), welche  gegen die Kathodenelektrodenoberfläche gerichtet ist, auf ungefähr  400  mu m oder kleiner festgesetzt wird, werden die Vorwärtsspannung  Vf und der Energieverlust Erec, welcher während der Sperrverzögerung  erzeugt wird, nicht erhöht, und die Spannungsschwankungen können  unterdrückt werden. Indem die Gesamtfläche der kathodenseitigen p-Schicht  (103) auf ungefähr 2/5 oder weniger der Fläche der Kathodenelektrodenoberfläche  festgesetzt wird, wird zudem die Vorwärtsspannung nicht erhöht, und  der Energieverlust Erec, welcher während der Sperrverzögerung erzeugt  wird, kann effektiv kontrolliert werden. 



     In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Variante der Diode  gemäss der ersten Ausführungsform beschrieben, 



   Fig. 7 zeigt eine Diode gemäss einer zweiten Ausführungsform der  vorliegenden Erfindung. In Fig. 7 haben Elemente, welche die selbe  Funktion haben wie in der Diode gemäss der ersten Ausführungsform,  dieselben Bezugsnummern. Wie in Fig. 7 gezeigt, ist in der Diode  gemäss der vorliegenden Ausführungsform auf der Seite der Kathodenelektrode  105 einer n-Schicht 101 eine n<+>-Schicht 201 zur Verfügung gestellt,  welche eine höhere Dotierung aufweist als die n-Schicht 101. 



   Beim Einsatz der Diode gemäss der vorliegenden Ausführungsform wird  die n<+>-Schicht 201 zur Verfügung gestellt. Deshalb kann, ausgenommen  in einem Teilbereich, welcher verarmt werden soll, die Ladungsträgerkonzentration  effektiv erhöht werden, in der selben Weise, wie im Fall der konventionellen  Diode, in welcher die n<+>-Schicht 503 zur Verfügung gestellt ist,  wodurch die Diode dünner gemacht werden kann. Überdies wird die Ladungsträgerkonzentration  erhöht. Infolgedessen kann der Rückwärtsstrom zwischen der n<+>-Schicht  201 und der kathodenseitigen p-Schicht 103, welcher während der Sperrverzögerung  erhalten wird, stärker erhöht werden. Aus diesem Grund können die  plötzliche Änderung der Widerstandskomponente der Diode und die Erzeugung  von Spannungsschwankungen zuverlässiger verhindert werden. 



   Obwohl die Erfindung im Detail beschrieben wurde, ist die obige Beschreibung  in allen Aspekten beispielhaft und nicht restriktiv. Es versteht  sich, dass zahlreiche andere Modifikationen und Variationen entworfen  werden können, ohne vom Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Diode umfassend: Ein Halbleitersubstrat, welches eine erste Hauptoberfläche und eine zweite Hauptoberfläche hat, welche der genannten ersten Hauptoberfläche gegenüber liegt; ein erstes Halbleitergebiet (102) von einem ersten Leitfähigkeitstyp, welches gegen die genannte erste Hauptoberfläche gerichtet ist und im genannten Halbleitersubstrat ausgebildet ist; ein zweites Halbleitergebiet (101) von einem zweiten Leitfähig-keits-typ, welches gegen die genannte zweite Hauptoberfläche gerichtet ist und im genannten Halbleitersubstrat anschliessend an das genannte erste Halbleitergebiet (102) ausgebildet ist;

mindestens ein drittes Halbleitergebiet (103) vom genannten ersten Leitfähigkeitstyp, welches an einer Stelle auf dem genannten zweiten Halbleitergebiet, welches gegen die genannte zweite Hauptoberfläche gerichtet ist, ausgebildet ist, welche Stelle eine Sperrschicht, welche sich beim Anlegen einer Sperrspannung von einer Grenzfläche des genannten ersten und des genannten zweiten Halbleitergebietes aus ausbreitet, nicht erreicht; eine erste Elektrode (104), welche auf der genannten ersten Hauptoberfläche ausgebildet ist; und eine zweite Elektrode (105), welche auf der genannten zweiten Hauptoberfläche ausgebildet ist.

2. Diode gemäss Anspruch 1, worin das genannte zweite Halbleitergebiet auf der Seite der zweiten Hauptoberfläche eine höhere Dotierung (201) hat als auf der Seite des ersten Halbleitergebietes.

3.

Diode gemäss Anspruch 1 oder 2, worin der Durchmesser eines Teilbereiches des genannten dritten Halbleitergebietes (103), welches gegen die genannte zweite Hauptoberfläche gerichtet ist, 400 mu m oder kleiner ist.

4. Diode gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Gesamtfläche des Teilbereiches oder der Teilbereiche des genannten dritten Halbleitergebietes (103), welches gegen die genannte zweite Hauptoberfläche gerichtet ist, oder kleiner 2/5 der Fläche der genannten zweiten Hauptoberfläche ist.

5.

Diode umfassend: Ein Halbleitersubstrat, welches eine erste Hauptoberfläche und eine zweite Hauptoberfläche hat, welche der genannten ersten Hauptoberfläche gegenüber liegt; ein erstes Halbleitergebiet (102) von einem ersten Leitfähigkeitstyp, welches gegen die genannte erste Hauptoberfläche gerichtet ist und im genannten Halbleitersubstrat ausgebildet ist; ein zweites Halbleitergebiet (101) von einem zweiten Leitfähig-keits-typ, welches gegen die genannte zweite Hauptoberfläche gerichtet ist und im genannten Halbleitersubstrat anschliessend an das genannte erste Halbleitergebiet (102) ausgebildet ist; mindestens ein drittes Halbleitergebiet (103) vom genannten ersten Leitfähigkeitstyp, welches gegen die genannte zweite Hauptoberfläche gerichtet ist, und welches im genannten zweiten Halbleitergebiet ausgebildet ist;

eine erste Elektrode (104), welche auf der genannten ersten Hauptoberfläche ausgebildet ist; und eine zweite Elektrode (105), welche auf der genannten zweiten Hauptoberfläche ausgebildet ist, worin der Durchmesser eines Teilbereiches des genannten dritten Halbleitergebietes (103), welches gegen die genannte zweite Hauptoberfläche gerichtet ist, 400 mu m oder kleiner ist.

6.

eine erste Elektrode (104), welche auf der genannten ersten Hauptoberfläche ausgebildet ist; und eine zweite Elektrode (105), welche auf der genannten zweiten Hauptoberfläche ausgebildet ist, worin die Gesamtfläche eines Teilbereiches oder von Teilbereichen des genannten dritten Halbleitergebietes (103), welches gegen die genannte zweite Hauptoberfläche gerichtet ist, gleich oder kleiner 2/5 der Fläche der genannten zweiten Hauptoberfläche ist.

7. Diode gemäss Anspruch 5 oder 6, worin das genannte zweite Halbleitergebiet auf der Seite der zweiten Hauptoberfläche eine höhere Dotierung (201) hat als auf der Seite des ersten Halbleitergebietes.