CN103050546A - 半导体装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题在于得到一种半导体装置，其能够在降低反向恢复功耗的同时提高耐压并抑制浪涌电压。在N－型漂移层（1）的上侧设置有P型阳极层（2）。在N－型漂移层（1）的下侧设置有N+型阴极层（3）。在N－型漂移层（1）与P型阳极层（2）之间设置有第1短寿命层（4）。在N－型漂移层（1）与N+型阴极层（3）之间设置有第2短寿命层（5）。载流子在第1短寿命层（4）及第2短寿命层（5）中的寿命τ2短于在N－型漂移层（1）中的寿命τ1(τ2＜τ1)。在N+型阴极层（3）中的寿命τ3长于在N－型漂移层（1）中的寿命τ1(τ1＜τ3)。

Description

半导体装置
技术领域
本发明涉及作为构成功率模块的器件之一的二极管，特别涉及能够在降低反向恢复功耗的同时提高耐压并抑制浪涌电压的半导体装置。
背景技术
作为二极管的重要特性的反向恢复功耗和载流子寿命之间存在关联性。例如，使结晶缺陷增加而缩短寿命时，反向恢复功耗减少。因此，为了得到具有任意反向恢复功耗的二极管，使用了一种技术，该技术利用电子束照射导入结晶缺陷来控制整个装置的寿命。
另外，也提出了通过在N型漂移层与P型阳极层之间部分地导入结晶缺陷而设置了载流子寿命较短的短寿命层的二极管（例如，参照专利文献1）。
专利文献
专利文献1：日本特开2003-249662号公报。
为使反向恢复功耗降低而缩短整个装置的寿命时，反向恢复时的电流减少率因结晶缺陷的增加而变大，且成为振荡噪声原因的浪涌电压增加。还有，泄漏电流因结晶缺陷的增加而增加，耐压降低。另外，因为尾电流减少时的电流减少率增加，所以浪涌电压增加。
在短寿命层只设置于N型漂移层与P型阳极层之间的情况下，存在反向恢复电流的峰值减少、反向恢复电流减少率降低这一优点，但存在耐压降低、反向恢复功耗增加这一缺点。
发明内容
本发明是为解决上述的课题而做出的，其目的在于得到能够在降低反向恢复功耗的同时提高耐压并抑制浪涌电压的半导体装置。
本发明的半导体装置具备：N型漂移层；设置在所述N型漂移层上侧的P型阳极层；设置在所述N型漂移层下侧的N型阴极层；设置在所述N型漂移层与所述P型阳极层之间的第1短寿命层；设置在所述N型漂移层与所述N型阴极层之间的第2短寿命层；其特征在于：载流子在所述第1短寿命层和第2短寿命层中的寿命短于在所述N型漂移层中的寿命；在所述N型阴极层中的寿命长于在所述N型漂移层中的寿命。
通过本发明，能够在降低反向恢复功耗的同时提高耐压并抑制浪涌电压。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式的半导体装置的截面图；
图2是示出比较例1的半导体装置的截面图；
图3是示出比较例2的半导体装置的截面图；
图4是示出比较例1和比较例2的反向恢复动作时的反向恢复时波形的模拟结果的图；
图5是示出用于模拟的电路以及参数的图；
图6是示出比较例3的半导体装置的截面图；
图7是示出比较例1和比较例3的反向恢复动作时的反向恢复时波形的模拟结果的图；
图8是示出比较例4的半导体装置的截面图；
图9是示出比较例1和比较例4的反向恢复动作时的反向恢复时波形的模拟结果的图。
标号说明
1  N－型漂移层（N型漂移层）；2  P型阳极层；3  N+型阴极层（N型阴极层）；4  第1短寿命层；5  第2短寿命层；6  中寿命层。
具体实施方式
图1是示出本发明实施方式的半导体装置的截面图。在N－型漂移层1的上侧设置有P型阳极层2。在N－型漂移层1的下侧设置有N+型阴极层3。
在N－型漂移层1与P型阳极层2之间设置有第1短寿命层4。在N－型漂移层1与N+型阴极层3之间设置有第2短寿命层5。在N－型漂移层1与第2短寿命层5之间设置有中寿命层6。第1短寿命层4和第2短寿命层5以及中寿命层6通过在N－型漂移层1局部照射质子而形成。
载流子在第1短寿命层4和第2短寿命层5中的寿命τ2短于在N－型漂移层1中的寿命τ1 (τ2＜τ1)。在N+型阴极层3中的寿命τ3长于在N－型漂移层1中的寿命τ1 (τ1＜τ3)。在中寿命层6中的寿命τ4及杂质浓度为在第2短寿命层5和N－型漂移层1之间的值(τ2＜τ4＜τ1)。
接着，与比较例相比较来说明本实施方式的效果。图2是示出比较例1的半导体装置的截面图。比较例1的装置由N－型漂移层1、P型阳极层2以及N+型阴极层3构成，并整个装置具有相同的寿命τ1。图3是示出比较例2的半导体装置的截面图。在比较例2中，在N－型漂移层1与P型阳极层2之间设置有第1短寿命层4。
图4是示出比较例1和比较例2的反向恢复动作时的反向恢复时波形的模拟结果的图。图5是示出用于模拟的电路以及参数的图。设比较例1的整个装置的寿命τ1为0.7μsec、比较例2的第1短寿命层4的寿命τ2为0.03μsec、其他层的寿命τ1为0.7μsec。
反向恢复动作开始时，在第1短寿命层4中载流子快速消失。因此，反向恢复电流的峰值Irr被抑制，并且峰值附近的反向恢复电流减少率降低。具体而言，在比较例1中反向恢复电流减少率为858.0A/cm2/μsec，但在比较例2中降低到587.0 A/cm2/μsec。因此，能够利用第1短寿命层4来抑制依存于反向恢复电流减少率的浪涌电压，并能够抑制振荡噪声。
图6是示出比较例3的半导体装置的截面图。在比较例3中，在N－型漂移层1与N+型阴极层3之间设置有第2短寿命层5。图7是示出比较例1和比较例3的反向恢复动作时的反向恢复时波形的模拟结果的图。在模拟中使用了图5的电路以及参数。设比较例1的整个装置的寿命τ1为0.7μsec、比较例3的第2短寿命层5的寿命τ2为0.03μsec为、其他层的寿命τ1为0.7μsec。
反向恢复动作时，在第2短寿命层5中载流子快速消失。因此，尾电流迅速减少，能够大大降低反向恢复功耗。另外，利用因质子照射而产生的施主化效应形成虚拟的缓冲层。由此，因为施加电压时产生的耗尽层中的电场分布在整个漂移层中成为均匀的，所以能够提高耐压。
图8是示出比较例4的半导体装置的截面图。在比较例4中，在N+型阴极层3中的寿命τ3长于在N－型漂移层1中的寿命τ1。图9是示出比较例1和比较例4的反向恢复动作时的反向恢复时波形的模拟结果的图。在模拟中使用了图5的电路以及参数。在比较例4中，增大N+型阴极层3的杂质浓度从而加长寿命。设比较例1的N+型阴极层3的杂质浓度为1.0E+19 atom/cm3、比较例4的N+型阴极层3的杂质浓度为1.0E+20 atom/cm3。
通过加长N+型阴极层3中的寿命，在反向恢复动作的尾电流即将消失之前，载流子的消失变慢。因此，反向恢复电流减少率降低。具体而言，在比较例1中为858.0A/cm2/μsec，但在比较例4中降低到818.0A/cm2/μsec。因此，能够抑制依存于反向恢复电流减少率的浪涌电压，并能够抑制振荡噪声。
如上所述，利用第1短寿命层4，存在反向恢复电流的峰值减少、且反向恢复电流减少率降低这一优点，但存在耐压降低且反向恢复功耗增加这一缺点。另外，因为尾电流由于第2短寿命层5而迅速减少，所以存在耐压提高且反向恢复功耗减少这一优点，但存在反向恢复电流峰值增加且反向恢复电流减少率增加这一缺点。另外，通过加长N+型阴极层3中的寿命，存在尾电流即将消失之前的反向恢复电流减少率降低这一优点，但存在反向恢复功耗恶化这一缺点。
这些第1短寿命层4和第2短寿命层5以及N+型阴极层3的缺点相互抵消而剩下优点。因而，能够在降低反向恢复功耗的同时提高耐压。还有，在反向恢复动作时，因为峰值附近和尾电流消失之前的反向恢复电流减少率降低，所以能够抑制浪涌电压。因而，能够抑制反向恢复功耗减少时的振荡噪声。
另外，利用中寿命层6，与第2短寿命层5同样，能够减少反向恢复功耗并提高耐压。而且，因为在中寿命层6中的寿命和杂质浓度为第2短寿命层5和N－型漂移层1之间的值，所以中寿命层6作为连接二者的缓冲层而起作用。

Claims (2)

1. 一种半导体装置，具备：
N型漂移层；
P型阳极层，其设置在所述N型漂移层上侧；
N型阴极层，其设置在所述N型漂移层下侧；
第1短寿命层，其设置在所述N型漂移层与所述P型阳极层之间；
第2短寿命层，其设置在所述N型漂移层与所述N型阴极层之间；
其特征在于，
载流子在所述第1短寿命层及第2短寿命层中的寿命短于在所述N型漂移层中的寿命；
在所述N型阴极层中的寿命长于在所述N型漂移层中的寿命。
2. 如权利要求1所述的半导体装置，还具备：
设置在所述N型漂移层与所述第2短寿命层之间的中寿命层，
其特征在于，
在所述中寿命层中的寿命及杂质浓度为所述第2短寿命层和所述N型漂移层之间的值。
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