DE102005023882B3 - Hochgeschwindigkeitsdiode - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochgeschwindigkeitsdiode mit einem Halbleiterkörper (1), in dem in einer vertikalen Richtung (v) aufeinanderfolgend eine stark n-dotierte Zone (8), eine schwach n-dotierte Zone (7) und eine schwach p-dotierte Zone (6) angeordnet sind, zwischen denen ein pn-Lastübergang (4) ausgebildet ist. In der schwach p-dotierten Zone (6) ist eine Anzahl voneinander beabstandeter, stark p-dotierter Inseln (51-57) angeordnet. Dabei ist es vorgesehen, dass die Querschnittsflächendichte der stark p-dotierten Inseln (51-57) in einem randnahen ersten Flächenbereich (100) kleiner ist als in einem randfernen zweiten Flächenbereich (200). DOLLAR A Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Hochgeschwindigkeitsdiode, die wenigstens eine weitere Zone (91-97) aufweist, die in der schwach p-dotierten Zone (6) angeordnet ist und die von der Rückseite (12) des Halbleiterkörpers (1) mindestens so weit beabstandet ist wie die am weitesten von der Rückseite (12) beabstandete der stark p-dotierten Inseln (51-57), und deren Ladungsträgerlebensdauer gegenüber den angrenzenden Bereichen abgesenkt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hochgeschwindigkeitsdiode, insbesondere eine Hochgeschwindigkeits-Leistungsdiode. Derartige Dioden müssen einerseits eine sehr gute Stoßstromfestigkeit aufweisen und andererseits auch eine ausreichende dynamische Robustheit besitzen. Darüber hinaus sollen die im Betrieb auftretenden Verluste so gering wie möglich gehalten werden.
  • Hierzu haben sich in der Vergangenheit CAL-Dioden (CAL = Controlled Axial Lifetime) und EMCON-Dioden (EMCON = Emitter Controlled) etabliert. Bei den CAL-Dioden wird ein stark dotierter p-Emitter eingesetzt, der jedoch zusätzlich noch eine intensive Heliumbestrahlung sowie weitere Verfahren zur Absenkung der Ladungsträgerlebensdauer erfordert, damit die Abschaltverluste nicht zu hoch werden. EMCON-Dioden hingegen weisen einen relativ schwach p-dotierten Emitter auf. Nachteilig ist hierbei allerdings eine reduzierte Stoßstromfestigkeit.
  • Eine weitere Diodenvariante ist die sogenannte "Speed-Diode". 1a zeigt einen Ausschnitt einer solchen Speed-Diode in einem Vertikalschnitt. Die Speed-Diode umfasst einen Halbleiterkörper 1 mit einem Rand 13. In dem Halbleiterkörper 1 sind in einer vertikalen Richtung v aufeinanderfolgend eine stark n-dotierte Zone 8, eine schwach n-dotierte Zone 7 und eine p-dotierte Zone 6 angeordnet. Zwischen der schwach n-dotierten Zone 7 und der p-dotierten Zone 6 ist ein pn-Übergang 4 ausgebildet, der den Lastübergang 4 der Speed-Diode darstellt. Die p-dotierte Zone 6 ist Teil des sogenannten p-Emitters, die stark n-dotierte Zone 8 wird auch als n-Emitter bezeichnet.
  • In der p-dotierten Zone 6 ist eine Anzahl identischer und äquidistant beabstandet zueinander angeordneter, stark p- dotierter Inseln 51-57 angeordnet, die sich ausgehend von der Vorderseite 11 des Halbleiterkörpers 1 in die p-dotierte Zone 6 hinein erstrecken. Während der Durchlassstrom der Diode im Normalbetrieb im Wesentlichen über die schwach p-dotierte Zone 6 fließt, werden im Stoßstromfall Ladungsträger aus den stark p-dotierten Inseln 51-57 in die schwach p-dotierte Zone 6 injiziert.
  • Des Weiteren weist die Speed-Diode eine Randstruktur 60 auf, die als p-dotierter Feldring ausgebildet ist.
  • Einen Horizontalschnitt in einer Ebene E1, die durch die stark p-dotierten Inseln 51-57 verläuft, zeigt 1b. Der Vertikalschnitt gemäß 1a verläuft in einer zur vertikalen Richtung v parallelen Ebene E2.
  • Aus Darstellung gemäß 1b ist ersichtlich, dass sowohl in einer zur vertikalen Richtung v senkrechten ersten lateralen Richtung r1 als auch in einer zur vertikalen Richtung v und zur ersten lateralen Richtung r1 senkrechten zweiten lateralen Richtung r2 benachbarte stark p-dotierte Inseln 51-57 äquidistant zueinander beabstandet sind.
  • Infolge einer hohen Ladungsträgerdichte im Randbereich des pn-Lastübergangs 4 treten bei dieser Speed-Diode allerdings relativ hohe Gesamtverluste auf. Des Weiteren ist ihre dynamische Robustheit nicht zufriedenstellend.
  • Aus der EP 0 450 306 B1 ist eine Diode bekannt, in der in ei nem Halbleiterkörper in einer vertikalen Richtung aufeinanderfolgend eine stark n-dotierte Schicht, eine schwach n-dotierte Schicht sowie eine die Vorderseite des Halbleiterkörpers bildende, strukturierte p-dotierte Schicht aufeinanderfolgend angeordnet sind.
  • Ausgehend von der Vorderseite können sich optional schwach p-dotierte Gebiete in durch die Strukturierung der p-dotierten Schicht gebildete Lücken hinein erstrecken.
  • Die schwach n-dotierte Schicht erstreckt sich in vertikaler Richtung ebenfalls in diese Lücken hinein und erstreckt sich dort entweder bis zur Vorderseite oder bis hin zu p-dotierten Gebieten, sofern solche schwach p-dotierten Gebiete vorgesehen sind.
    •
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine als Speed-Diode ausgebildete Hochgeschwindigkeitsdiode mit reduzierten Gesamtverlusten und höherer dynamischer Robustheit bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Hochgeschwindigkeitsdiode gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Eine erfindungsgemäße Hochgeschwindigkeitsdiode umfasst einen Halbleiterkörper, in dem in einer vertikalen Richtung aufeinander folgend eine stark n-dotierte Zone, eine schwach n-dotierte Zone und eine schwach p-dotierte Zone angeordnet sind. Zwischen der schwach n-dotierten Zone und der schwach p-dotierten Zone ist ein pn-Lastübergang ausgebildet. Zur Reduzierung der Feldstärkebelastung im Randbereich des Halbleiterkörpers weist die Hochgeschwindigkeitsdiode eine Randstruktur auf.
  • Ausgehend von der der schwach n-dotierten Zone abgewandten Seite der schwach p-dotierten Zone erstreckt sich eine Anzahl stark p-dotierter Inseln in die schwach p-dotierte Zone hinein.
  • Ein erster Flächenbereich, der sich in einer zu der vertikalen Richtung senkrechten, durch die schwach p-dotierte Zone und die stark p-dotierten Inseln verlaufenden Schnittebene erstreckt, ist dadurch festgelegt, dass der in der Schnittebene gemessene Abstand eines jeden Punktes des ersten Flächenbereichs zur Randstruktur größer oder gleich einem ersten Abstand und kleiner oder gleich einem zweiten Abstand ist.
  • Ein zweiter Flächenbereich der Schnittebene ist dadurch festgelegt, dass der in der Schnittebene gemessene Abstand eines jeden Punktes des zweiten Flächenbereichs zur Randstruktur größer oder gleich einem dritten Abstand und kleiner oder gleich einem vierten Abstand ist. Dabei ist der dritte Abstand größer oder gleich dem zweiten Abstand.
  • Die stark p-dotierten Inseln sind hinsichtlich ihrer Abmessungen und/oder ihrer Anordnung so gewählt, dass das Verhältnis zwischen der Gesamtfläche der innerhalb des ersten Flächenbereichs gelegenen Bereiche der Inselquerschnittsflächen und der Fläche des ersten Flächenbereichs kleiner ist als das Verhältnis zwischen der Gesamtfläche der innerhalb des zwei ten Flächenbereichs gelegenen Bereiche der Inselquerschnittsflächen und der Fläche des zweiten Flächenbereichs.
  • Gemäß einer bevorzugen Ausführungsform der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass die mittlere Inselquerschnittsfläche der vollständig innerhalb des ersten Flächenbereichs angeordneten Inselquerschnittsflächen kleiner ist als die mittlere Inselquerschnittsfläche der vollständig innerhalb des zweiten Flächenbereichs angeordneten Inselquerschnittsflächen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugen Ausführungsform der Erfindung ist der mittlere Abstand der Flächenschwerpunkte der Inselquerschnittsflächen der vollständig innerhalb des ersten Flächenbereichs angeordneten Inselquerschnittsflächen größer als der mittlere Abstand der Flächenschwerpunkte der Inselquerschnittsflächen der vollständig innerhalb des zweiten Flächenbereichs angeordneten Inselquerschnittsflächen.
  • Die Anordnung der stark p-dotierten Inseln ist vorzugsweise so gewählt, dass das Verhältnis zwischen der Gesamtfläche der innerhalb des ersten Flächenbereichs gelegenen Bereiche der Inselquerschnittsflächen und der Fläche des ersten Flächenbereichs unter der Voraussetzung einer konstanten Differenz zwischen dem zweiten Abstand und dem ersten Abstand mit zunehmendem ersten Abstand monoton oder streng monoton zunimmt.
  • Besonders bevorzugt beträgt der Abstand zwischen der Randstruktur und der dieser in einer zur vertikalen Richtung senkrechten lateralen Richtung nächstgelegenen stark p-dotierten Insel zwischen dem Einfachen und dem Dreifachen der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger.
  • Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die schwach n-dotierte Zone in einem Abschnitt, der sich in einer zur vertikalen Richtung senkrechten lateralen Richtung ausgehend vom Rand des Halbleiterkörpers zumindest bis zum pn-Lastübergang er streckt, eine reduzierte Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger aufweist. Ein solcher Abschnitt mit reduzierter Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, dass in den Bereich, in dem die Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger reduziert werden soll, Helium eingestrahlt wird.
  • Der Abschnitt mit reduzierter Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger weist bevorzugt eine in der lateralen Richtung gemessene Länge auf, die um das Ein- bis Dreifache der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger größer ist als der in der lateralen Richtung gemessene Abstand der schwach p-dotierten Zone vom Rand.
  • Auf der der schwach p-dotierten Zone abgewandten Seite der schwach n-dotierten Zone ist vorzugsweise eine n-dotierte Zone angeordnet, die stärker n-dotiert ist als die schwach n-dotierte Zone, und die eine schwächer n-dotierte Teilzone aufweist, welche sich in einer lateralen Richtung ausgehend vom Rand des Halbleiterkörpers bis unter die schwach p-dotierte Zone erstreckt und die in einer zur vertikalen Richtung senkrechten lateralen Richtung einen Bereich umfasst, der so bemessen ist, dass der in der lateralen Richtung gemessene Abstand zwischen dem randnahen Ende der schwach p-dotierten Zone und der Grenze zwischen der schwach dotierten Teilzone und der stark dotierten Teilzone das Ein- bis Dreifache der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger beträgt.
  • Bevorzugt sind dabei die schwach n-dotierte Teilzone und die schwach n-dotierte Zone gleich stark n-dotiert.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Halbleiterkörper einen Randabschnitt aufweist, in dem die Diffusionslänge von Ladungsträgern durch Rekombinationszentren gegenüber der Diffusionslänge von Ladungsträgern in den restlichen Abschnitten des Halbleiterkörpers reduziert ist.
  • Ein solcher Randabschnitt erstreckt sich vorzugsweise in einer zur vertikalen Richtung senkrechten lateralen Richtung ausgehend vom Rand in den Halbleiterkörper hinein. Als Rekombinationszentren eignen sich bevorzugt Schwermetalle, beispielsweise Gold und/oder Platin, die in den Randabschnitt eingebracht sind.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. In den Figuren zeigen:
  • 1a einen Vertikalschnitt durch den Randbereich einer Hochgeschwindigkeitsdiode gemäß dem Stand der Technik,
  • 1b einen Horizontalschnitt durch den Randbereich der Hochgeschwindigkeitsdiode gemäß 1b,
  • 2a einen Vertikalschnitt durch den Randbereich einer erfindungsgemäßen Hochgeschwindigkeitsdiode entsprechend dem Vertikalschnitt gemäß 1a, bei dem die in einer lateralen Richtung der Randstruktur nächstliegenden beiden Inseln einen kleineren Durchmesser aufweisen als alle anderen in der lateralen Richtung weiter von der Randstruktur beabstandeten Inseln,
  • 2b einen Horizontalschnitt durch den Randbereich der Hochgeschwindigkeitsdiode gemäß 2a im Bereich der stark p-dotierten Inseln,
  • 3a einen Horizontalschnitt durch den Halbleiterkörper in derselben Schnittebene wie der Horizontalschnitt gemäß 2b mit einem ersten Flächenbereich und einem zweiten Flächenbereich,
  • 3b den ersten Flächenbereich und den zweiten Flächenbereich gemäß 3a mit den Bereichen der Querschnittsflächen der stark p-dotierten Inseln, die innerhalb des ersten bzw. zweiten Flächenbereichs gelegen sind,
  • 4 einen Horizontalschnitt durch den Eckbereich einer Hochgeschwindigkeitsdiode mit quadratischem Querschnitt im Bereich der stark p-dotierten Inseln,
  • 5 einen Vertikalschnitt durch eine Hochgeschwindigkeitsdiode gemäß 2a, bei der in den Halbleiterkörper Helium implantiert wird,
  • 6 einen Vertikalschnitt durch eine Hochgeschwindigkeitsdiode, die einen an der Rückseite des Halbleiterkörpers angeordneten n-Emitter aufweist, der eine stark n-dotierte Zone und eine auf ihrer dem Rand des Halbleiterkörpers zugewandten Seite eine schwächer n-dotierte Teilzone enthält,
  • 7 einen Vertikalschnitt durch eine Hochgeschwindigkeitsdiode, bei der in den Halbleiterkörper von der Rückseite aus Schwermetalle eindiffundiert werden,
  • 8 einen Vertikalschnitt durch eine Hochgeschwindigkeitsdiode, bei der ausgehend von der Vorderseite des Halbleiterkörpers Teilchen in die schwach p-dotierte Zone und in die stark p-dotierten Inseln implantiert werden,
  • 9 einen Vertikalschnitt durch eine Hochgeschwindigkeitsdiode, bei der mittels einer maskierten Bestrahlung ausgehend von der Vorderseite des Halbleiterkörpers Teilchen nur in die schwach dotierten Bereiche implantiert werden und die stark p-dotierten Inseln durch die Maskierung von der Implantation ausgespart bleiben, und
  • 10 ein Diagramm, das die Abhängigkeit der beim Abschalten verschiedener Hochgeschwindigkeitsdioden maximal auftretenden Spannung vom Flächenanteil der stark p-dotierten Zonen in Bezug auf die gesamte Diodenfläche wiedergibt.
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauelementbereiche.
    •
  • 2a zeigt einen Vertikalschnitt durch den Randbereich einer Hochgeschwindigkeitsdiode. Diese weist einen Halbleiterkörper 1 auf, der vorzugsweise im Wesentlichen die Form eines Quaders oder eines flachen Zylinders besitzt.
  • In dem Halbleiterkörper 1 sind in einer vertikalen Richtung v aufeinanderfolgend eine stark n-dotierte Zone 8, eine schwach n-dotierte Zone 7 sowie eine schwach p-dotierte Zone 6 angeordnet sind. Zwischen der schwach n-dotierten Zone 7 und der schwach p-dotierten Zone 6 ist ein pn-Lastübergang 4 ausgebildet, über den beim Betrieb der Hochgeschwindigkeitsdiode deren Laststrom fließt.
  • In der lateralen Richtung r1 zwischen der schwach p-dotierten Zone 6 und einem seitlichen Rand 13 des Halbleiterkörpers 1 weist der Halbleiterkörper 1 eine Randstruktur 60 auf, die bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als schwach p-dotierter Feldring 3 ausgebildet ist, der sich ausgehend von der Vorderseite 11 des Halbleiterkörpers in die schwach n-dotierte Zone 7 hinein erstreckt.
  • Anstelle eines solchen Feldringes 3 können auch mehrere derartige schwach p-dotierte Feldringe vorgesehen sein, die in der lateralen Richtung r1 voneinander beabstandet sind. Anstelle oder zusätzlich zu einem oder mehreren Feldringen kann der Halbleiterkörper 1 im Randbereich 3 auch einen nichtplanaren Randabschluss, beispielsweise eine Randabschrägung, aufweisen. Ebenso denkbar ist ein Randabschluss mit einem so genannten VLD-Rand (Variation of Lateral Doping).
  • Auf die Vorderseite 11 des Halbleiterkörpers 1 ist eine Metallisierung 14 aufgebracht.
  • Die schwach p-dotierte Zone 6 weist eine Anzahl stark p-dotierter Inseln 51-57 auf, die sich ausgehend von der Vorderseite des Halbleiterkörpers 1 in die schwach p-dotierte Zone 6 hinein erstrecken und die in der lateralen Richtung r1 voneinander beabstandet sind.
  • 2b stellt einen Querschnitt durch den Halbleiterkörper 1 in einer in 2a dargestellten Ebene E1' dar, die durch die schwach p-dotierte Zone 6 und die stark p-dotierten Inseln 51-57 verläuft. Die Ansicht gemäß 2a stellt einen Vertikalschnitt durch die in 2b dargestellte Ebene E2' dar.
  • 2b zeigt eine Anzahl stark p-dotierter Inseln, von denen lediglich einige, nämlich die Inseln 51-57, mit Bezugszeichen versehen sind. Die nachfolgenden Ausführungen zu den stark p-dotierten Inseln 51-57 erfolgen stellvertretend für alle stark p-dotierten Inseln der Hochgeschwindigkeitsdiode.
  • Aus 2b ist ersichtlich, dass die stark p-dotierten Inseln vorzugsweise kreisförmige Querschnittsflächen A51-A57 aufweisen. Grundsätzlich können die Querschnittsflächen A51-A57 jedoch beliebig, beispielsweise sechseckig, geformt sein.
  • In den 2a und 2b sind gestrichelt die Begrenzungslinien eines ersten Flächenbereichs 100 der Querschnittsebene E1 dargestellt. Der erste Flächenbereich 100 ist so definiert, dass für jeden Punkt innerhalb des ersten Flächenbereichs 100 der in der Querschnittsebene E1 gemessene Abstand zur Randstruktur 60 größer oder gleich einem ersten Abstand r1min und kleiner oder gleich einem zweiten Abstand r1max ist.
  • Ein ebenfalls in der Querschnittsebene E1 angeordneter und durch gestrichelte Begrenzungslinien dargestellter zweiter Flächenbereich 200 ist so definiert, dass für jeden Punkt innerhalb des zweiten Flächenbereichs 200 der in der Querschnittsebene E1 gemessene Abstand zur Randstruktur 60 größer oder gleich einem dritten Abstand r2min und kleiner oder gleich einem vierten Abstand r2max ist. Dabei ist der dritte Abstand r2min größer oder gleich dem zweiten Abstand r1max.
  • Im Ergebnis sind der erste und zweite Flächenbereich 100, 200 als flächige Bänder ausgebildet, die parallel zur Randstruktur 60 verlaufen und die konstante Breiten r1max-r1min bzw. r2max-r2min aufweisen. Somit ist der zweite Flächenbereich 200 auf der der Randstruktur 60 abgewandten Seite des ersten Flächenbereichs angeordnet. Dabei können der erste Flächenbereich 100 und der zweite Flächenbereich 200 aneinander grenzen oder voneinander beabstandet sein.
  • 3a zeigt – gegenüber den 2a und 2b verkleinert – eine vollständige Ansicht des zylinderförmigen Halbleiterkörpers 1 in der Querschnittsebene E1. Um eine bessere Darstellbarkeit zu erreichen, ist die Darstellung nicht maßstabsgetreu. Auch die Anzahl der stark p-dotierten Inseln 51-57 ist im Hinblick auf eine möglichst übersichtliche Darstellung gewählt. Die Anzahl der stark p-dotierten Inseln einer realen Hochgeschwindigkeitsdiode kann hiervon abweichen.
  • Bei einem wie vorliegend dargestellten zylinderförmigen Halbleiterkörper 1 sind der erste und zweite Flächenbereich 100, 200 vorzugsweise jeweils kreisringförmig ausgebildet. Bei einem nicht dargestellten, im Wesentlichen quaderförmigen Halbleiterkörper 1 sind diese Bereiche vorzugsweise als rechteckige Rahmen mit abgerundeten Ecken ausgebildet.
  • Die Darstellung gemäß 3b entspricht der aus 3a, wobei zur Verdeutlichung nur der erste Flächenbereich 100 und der zweite Flächenbereich 200 gezeigt sind.
  • Die Querschnittsflächen der stark p-dotierten Inseln können wie im Fall der stark p-dotierten Insel 52 ganz, oder wie im Fall der stark p-dotierten Insel 51, 53 teilweise innerhalb des ersten Flächenbereichs 100 angeordnet sein. Im letztgenannten Fall liegen jeweils nur Teilflächen A151, A153 der in 3a dargestellten Querschnittsflächen A51 bzw. A53 innerhalb des ersten Flächenbereichs 100.
  • Entsprechend können die Querschnittsflächen der stark p-dotierten Inseln wie im Fall der stark p-dotierten Insel 55 ganz, oder wie im Fall der stark p-dotierten Inseln 54, 56 teilweise innerhalb des zweiten Flächenbereichs 200 angeordnet sein. Im letztgenannten Fall liegen jeweils nur Teilflächen A254, A256 der in 3a dargestellten Querschnittsflächen A54 bzw. A56 innerhalb des zweiten Flächenbereichs 200.
  • Die Gesamtfläche aller innerhalb des ersten Flächenbereichs 100 angeordneten Teilflächen A151, A152, A153, ... der stark p-dotierten Inseln 51, 52, 53 wird nachfolgend mit AQ100 bezeichnet. Sie errechnet sich wie folgt: AQ100 = ... + A151 + A152 + A153 + ... (1)
  • In entsprechender Weise errechnet sich die Fläche AQ200 aller innerhalb des zweiten Flächenbereichs 200 angeordneten Teilflächen A254, A255, A256, ... der stark p-dotierten Inseln 54, 55, 56 wie folgt: AQ200 = ... + A254 + A255 + A256 + ... (2)
  • Die Gesamtfläche des ersten Flächenbereichs 100 wird nachfolgend mit A100, die Fläche des zweiten Flächenbereichs 200 mit A200 bezeichnet. Im Fall der vorliegenden kreisringförmigen Flächenbereiche A100, A200 gilt: A100 = 2·n·(r1max – r1min) (3) A200 = 2·n·(r2max – r2min) (4)
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Anteil der innerhalb des ersten Flächenbereichs 100 angeordneten Teilflächen 151, 152, 153, ... der Querschnittsflächen A51, A52, A53, ... der stark p-dotierten Inseln 51, 52, 53, ... an der Fläche A100 des ersten Flächenbereichs 100 kleiner ist als der Anteil der innerhalb des zweiten Flächenbereichs 200 angeordneten Teilflächen 254, 255, 256, ... der Querschnittsflächen A54, A55, A56, ... der stark p-dotierten Inseln 54, 55, 56, ... an der Fläche A200 des zweiten Flächenbereichs 200.
  • Dieser Zusammenhang lässt sich wie folgt ausdrücken:
    Figure 00130001
  • Anders ausgedrückt ist die Querschnittsflächendichte der stark p-dotierten Inseln 51-57 im ersten Flächenbereich 100 kleiner als im zweiten Flächenbereich.
  • Um eine Hochgeschwindigkeitsdiode zu realisieren, die dem in Gleichung (5) formulierten Zusammenhang genügt, sind verschiedene Varianten vorgesehen:
    Bei einer ersten Variante sind die Querschnittsflächen A51-A57, ... der stark p-dotierten Inseln 51-57, ... so gewählt, dass zumindest entlang einer lateralen Richtung, beispielsweise entlang der in den 2a-3b dargestellten lateralen Richtung r1 die Querschnittsfläche A52 einer beliebigen stark p-dotierten Insel 52 kleiner oder gleich ist als die Querschnittsfläche A53-A57, ... jeder anderen stark p- dotierten Insel 53-57, ..., die weiter von der Randstruktur 60 beabstandet ist als die betreffende stark p-dotierten Insel 52. Dabei muss zumindest für eine der stark p-dotierten Inseln 52 die Alternative "kleiner" zutreffen.
  • Eine zweite Variante sieht vor, den mittleren Abstand der Flächenschwerpunkte der Inselquerschnittsflächen aller vollständig innerhalb des ersten Flächenbereichs 100 angeordneten Inselquerschnittsflächen A52 größer zu wählen als den mittleren Abstand der Flächenschwerpunkte der Inselquerschnittsflächen A55 aller vollständig innerhalb des zweiten Flächenbereichs 200 angeordneten Inselquerschnittsflächen A55.
  • Gemäß einer insbesondere aus 3a ersichtlichen dritten Variante, die vorzugsweise bei Hochgeschwindigkeitsdioden mit kreisförmigen Querschnitt eingesetzt wird, sind die stark p-dotierten Inseln 51-57, ... zumindest innerhalb eines an die Randstruktur 60 angrenzenden Bereichs "strahlenartig" entlang verschiedener lateraler Richtungen angeordnet.
  • Gemäß einem Sonderfall der ersten Variante ist die mittlere Inselquerschnittsfläche der vollständig innerhalb des ersten Flächenbereichs 100 angeordneten Inselquerschnittsflächen A52 kleiner ist als die mittlere Inselquerschnittsfläche der vollständig innerhalb des zweiten Flächenbereichs 200 angeordneten Inselquerschnittsflächen A55.
  • Ein Sonderfall der zweiten Variante ist in den 2a und 2b gezeigt. Hierbei sind entlang einer ersten lateral bzw. radial verlaufenden Geraden 17 die Flächenschwerpunkte benachbarter Querschnittsflächen A53, A54, A55, A56, A57, ... die mindestens so weit von der Randstruktur 60 beabstandet sind wie die Querschnittsfläche A53, gleich weit in Abständen a3 = a4 = a5 = a6 voneinander beabstandet.
  • Demgegenüber ist der Abstand a1 der Flächenschwerpunkte zwischen den Querschnittsflächen A51 und A52 größer als der Ab stand a2 der Flächenschwerpunkte zwischen den Querschnittsflächen A52 und A53, welcher wiederum größer ist als die Abstände a3, a4, a5 und a6.
  • Die erste, die zweite und die dritte Variante können beliebig miteinander kombiniert werden, solange die in Gleichung (5) formulierte Bedingung erfüllt ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nehmen in einer lateralen Richtung r1 die Querschnittsflächen A51-A57, ... der stark p-dotierten Inseln 51-57, ... mit zunehmendem Abstand der Querschnittsflächenschwerpunkte dieser p-dotierten Inseln 51-57, ... von der Randstruktur 60 monoton oder streng monoton zu.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nehmen die Querschnittsflächen A51-A57, ... der stark p-dotierten Inseln 51-57, ... unabhängig von einer lateralen Richtung mit zunehmendem Abstand der Querschnittsflächenschwerpunkte dieser p-dotierten Inseln 51-57, ... von der Randstruktur 60 monoton oder streng monoton zu.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nimmt das Verhältnis zwischen der Gesamtfläche AQ100 der innerhalb des ersten Flächenbereichs 100 gelegenen Bereiche A151, A152, A153 der Inselquerschnittsflächen A51, A52, A53 und der Fläche A100 des ersten Flächenbereichs 100 unter der Voraussetzung einer konstanten Differenz r1max-r1min zwischen dem zweiten Abstand r1max und dem ersten Abstand r1min mit zunehmendem ersten Abstand r1min monoton oder streng monoton zu.
  • 4 zeigt einen Horizontalschnitt durch ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Hochgeschwindigkeitsdiode. Hierbei ist der Halbleiterkörper 1 quaderförmig ausgebildet und weist einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt auf. Entsprechend sind der ersten Flächenbereich 100 und der zweite Flächenbereich 200 als rechteckige bzw. als quadratische Rahmen, vorzugsweise mit abgerundeten Ecken, ausgebildet.
  • Der in 2a dargestellte Vertikalschnitt entspricht auch einem Vertikalschnitt durch die in 4 dargestellte Ebene E3.
  • Die Flächenschwerpunkte der Querschnittsflächen A51-A57, ... – im vorliegenden Ausführungsbeispiel also die Mittelpunkte der kreisförmigen Querschnittsflächen – der in 4 dargestellten stark p-dotierten Inseln 51-57, ... sind auf den Kreuzungspunkten eines nicht dargestellten Quadratgitternetzes angeordnet. Das bedeutet, dass die Flächenschwerpunkte der Querschnittsflächen von stark p-dotierten Inseln 51-57, ..., die in einer ersten lateralen Richtung r1 und in einer zu der ersten lateralen Richtung r1 senkrechten zweiten lateralen Richtung r2 äquidistant beabstandet sind.
  • Des Weiteren weisen alle stark p-dotierten Inseln, die von der Randstruktur 60 mindestens so weit beabstandet sind wie die stark p-dotierte Insel 53, dieselbe Querschnittsfläche A0 = A53 auf.
  • Demgegenüber sind die Querschnittsflächen A51, A52, ... aller stark p-dotierten Inseln, die wie z.B. die stark p-dotierten Inseln 51, 52, ... weniger weit von der Randstruktur 60 beabstandet sind als die Querschnittsfläche A53 der stark p-dotierten Insel 53, kleiner als die Querschnittsfläche A53 der stark p-dotierten Insel 53.
  • Dabei nehmen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Querschnittsflächen A51, A52, ... aller stark p-dotierten Inseln 51, 52, ..., die weniger weit von der Randstruktur 60 beabstandet sind als die Querschnittsfläche A53 der stark p-dotierten Insel 53, mit zunehmendem Abstand von der Randstruktur 60 zu.
  • Weitere Verbesserungen der elektrischen Eigenschaften einer erfindungsgemäßen Hochgeschwindigkeitsdiode sind in 5 dargestellt.
  • Die dem Randbereich 3 in der lateralen Richtung r nächstliegende stark p-dotierte Insel 51 weist von der dem Rand 13 zugewandten Seite 41 des pn-Lastübergangs 4 einen Abstand d0 auf. Dieser Abstand d0 beträgt vorzugsweise das Ein- bis Dreifache der Diffusionslänge LD der Minoritätsladungsträger.
  • Weiterhin ist es – wie in ebenfalls in 5 dargestellt – erfindungsgemäß vorgesehen, die Diffusionslänge der Ladungsträger in einem Abschnitt 71 der schwach n-dotierte Zone 7 durch Einstrahlung von Heliumionen 30 in den Halbleiterkörper 1 zu reduzieren. Die Heliumionen 30 werden von außen durch die Vorderseite 11 in den Halbleiterkörper 1 eingestrahlt. Hierzu wird vorzugsweise eine Anodenelektrode 14, die an der Vorderseite 11 des Halbleiterkörpers 1 angeordnet ist und die die schwach p-dotierte Zone 6 sowie die stark p-dotierten Inseln 51, 52, 53, ... kontaktiert, als Maske verwendet. Optional kann zur Bestrahlung auch eine separate, von der Vorderseite 11 beabstandete Maske verwendet werden.
  • Der Abschnitt 71 erstreckt sich in der ersten lateralen Richtung r1 ausgehend vom Rand 13 zumindest bis zu der dem Rand 13 des pn-Lastübergang 4 zugewandten Seite 41.
  • Besonders bevorzugt weist der Abschnitt 71 in der ersten lateralen Richtung r1 eine Breite l1 = d2 + d0 auf, die sich aus einem lateralen Abstand d2 zwischen der schwach p-dotierten Zone 6 und dem Rand sowie einer lateralen Abmessung d0, über welche sich die schwach p-dotierte Zone 6 und der Abschnitt 71 überlappen, zusammensetzt. Diese Abmessung d0 beträgt dabei das Ein- bis Dreifache der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger.
  • Des Weiteren ist es vorteilhaft, bei Betrieb der Hochgeschwindigkeitsdiode die Stromdichte am Rand des Halbleiterkörpers 1 zusätzlich zu verringern. Hierzu kann, wie in 6 gezeigt ist, die Dotierung einer ersten Teilzone 81 der stark n-dotierten Zone 8 gegenüber der Dotierung einer zweiten Teilzone 82 der stark n-dotierten Zone 8 reduziert werden. Die n-Dotierung der ersten Teilzone 81 ist dabei größer oder gleich der n-Dotierung der schwach n-dotierten Zone 7.
  • Die erste Teilzone 81 weist in der ersten lateralen Richtung r1 eine Breite 12 auf, die vorzugsweise mindestens dem Abstand a0 zwischen dem Rand 13 und dem pn-Lastübergang 4, d.h. der dem Rand 13 zugewandten Seite 41 des pn-Lastübergangs 4 entspricht.
  • Bevorzugt erstreckt sich die erste Teilzone 81 vom Rand 13 ausgehend bis unter die schwach p-dotierte Zone 6, wobei die in der ersten lateralen Richtung r1 gemessene Länge 12 der Teilzone 81 so bemessen ist, dass der in der ersten lateralen Richtung r1 gemessene Abstand d1 zwischen dem randnahen Ende 41 der schwach p-dotierten Zone 6 und der Grenze zwischen den schwach bzw. stark dotierten Teilzonen 81 und 82 das Ein- bis Dreifache der Diffusionslänge der Ladungsträger beträgt.
  • Gemäß einer weiteren und in 7 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Diffusionslänge von Ladungsträgern infolge von Rekombinationszentren, die durch eindiffundierte Schwermetalle 31 herrühren, in einem Randabschnitt 15 des Halbleiterkörpers 1 gegenüber den anderen Abschnitten des Halbleiterkörpers 1 reduziert. Der Randabschnitt 15 erstreckt sich in der ersten lateralen Richtung r1 ausgehend vom Rand 13 des Halbleiterkörpers 1 in den Halbleiterkörper 1 hinein.
  • Die Rekombinationszentren sind bevorzugt durch ein oder mehrere Schwermetalle 31, beispielsweise Gold und/oder Platin gebildet, die in den Halbleiterkörper 1 ausgehend von dessen Rückseite 12 vorzugsweise ganzflächig eindiffundiert werden. Durch die vorzugsweise mittels einer Phosphordiffusion hergestellte stark n-dotierte Zone 8 kommt es zu Getter-Effekten der Schwermetalle in der phosphordotierten Zone, die umso effektiver sind, je höher die Phosphordotierungskonzentration ist. Wird die Phosphorkonzentration der stark n-dotierten Zone 8 daher im Randbereich erniedrigt oder, wie in 7 dargestellt, im Extremfall gänzlich ausgespart, so führt dies – wie erwünscht – automatisch dazu, dass die Minoritätsladungsträgerlebensdauer im Randbereich 15 der schwach n-dotierten Zone 7 im Vergleich zum übrigen Teil dieser Zone reduziert ist.
  • Alternativ kann die Eindiffusion der Schwermetalle 31 auch von der Vorderseite 11 des Halbleiterkörpers 1 ausgehend erfolgen.
  • 8 zeigt eine weitere Variante einer als Speed-Diode ausgebildeten Hochgeschwindigkeitsdiode mit erhöhter dynamischer Robustheit und verringerten Gesamtverlusten.
  • Die Diode weist einen Halbleiterkörper 1 auf, in dem in einer vertikalen Richtung v aufeinander folgend eine stark n-dotierte Zone 8, eine schwach n-dotierte Zone 7 und eine schwach p-dotierte Zone 6 angeordnet sind, zwischen denen ein pn-Lastübergang 4 ausgebildet ist.
  • In der schwach p-dotierten Zone 6 ist eine Anzahl stark p-dotierter Inseln 54, 55, 56, 57 angeordnet, die in einer zur vertikalen Richtung v senkrechten ersten lateralen Richtung r1 voneinander beabstandet sind.
  • Die Abstände der Flächenschwerpunkte der Querschnittsflächen in einer Querschnittsebene E4 dieser stark p-dotierten Inseln 54, 55, 56, 57 in der ersten lateralen Richtung r1 und/oder Größe der Querschnittsflächen dieser stark p-dotierten Inseln 54, 55, 56, 57 in einer zur vertikalen Richtung v senkrechten Ebene E4 sind bevorzugt so gewählt, wie dies anhand der vorangehenden 2a-7 beschrieben ist. Vorzugsweise sollte die Ausgestaltung der stark p-dotierten Inseln dem in Gleichung (5) formulierten Zusammenhang genügen. Prinzipiell können die Querschnittsflächen der stark p-dotierten Inseln 54, 55, 56, 57 sowie deren Abstände zueinander bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß 8 jedoch beliebig gewählt werden.
  • In einem Bereich, der aus der schwach p-dotierten Zone 6 und den stark p-dotierten Inseln 54, 55, 56, 57 gebildet ist, weist der Halbleiterkörper 1 eine gestrichelt dargestellte Zone 90 auf, in dem die Ladungsträgerlebensdauer mittels Implantation von Teilchen 30 reduziert wurde. Als Implantations-Teilchen 30 eignen sich vor allem leichte Ionen, insbesondere Wasserstoff- oder Helium-Ionen.
  • Dabei ist die Zone 90 von der Rückseite 12 des Halbleiterkörpers 1 vorzugsweise gleich weit oder weiter beabstandet als die stark p-dotierten Inseln 54, 55, 56, 57. Dies ist insbesondere im Bereich der stark p-dotierten Inseln 54, 55, 56, 57 von Vorteil, da es dann durch die Implantation zu keiner unerwünschten Reduktion der Ladungsträgerlebensdauer in der schwach p-dotierten Zone 6 unterhalb der stark p-dotierten Inseln 54, 55, 56, 57 kommt.
  • Die Zone 90 kann sich in der vertikalen Richtung v sowohl bis zur Vorderseite 11 des Halbleiterkörpers 1 erstrecken, als auch von dieser beabstandet sein.
  • Zweckmäßiger Weise erfolgt die Implantation bevorzugt ausgehend von der Vorderseite 11 des Halbleiterkörpers 1. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden dabei Teilchen 30 über die gesamte Vorderseite 11 des Halbleiterkörpers implantiert, so dass sich die Zone 90 in der lateralen Richtung r über den gesamten Halbleiterkörper 1 erstreckt.
  • Die Ladungsträgerlebensdauer ist dotierungsabhängig. Daher wirkt sich die Ladungsträgerlebensdauerreduktion in den schwach p-dotierten Abschnitten 91, 92, 93 der Zone 90 stärker aus als in den stark p-dotierten Abschnitten 94, 95, 96, 97.
  • Bei geeignet gewählten Parametern kann dadurch im Durchlasszustand insbesondere in der Nähe der Vorderseite 11 des Halbleiterkörpers 1 in einem vertikalen Querschnitt außerhalb der stark dotierten p-Bereiche ein Verlauf der Ladungsträgerkonzentration erreicht werden, der ähnlich ist dem Verlauf der Ladungsträgerkonzentration einer EMCON- oder CAL-Diode. Damit weist die Diode ein verbessertes Abschaltverhalten auf.
  • Die Stoßstromfestigkeit hingegen bleibt im Wesentlichen erhalten, da die implantationsbedingte Reduktion der Ladungsträgerlebensdauer in den stark p-dotierten Abschnitten 94, 95, 96, 97 der Zone 90 nur gering ist.
  • Wie in 9 gezeigt ist, kann eine weitere Verbesserung der Stoßstromfestigkeit einer solchen Hochgeschwindigkeitsdiode durch eine maskierte Implantation erreicht werden. Hierzu ist an der Vorderseite 11 des Halbleiterkörpers 1 zumindest während der Implantation eine Maske 16 angeordnet, die so strukturiert ist, dass sie das Eindringen von Implantations-Teilchen 30 in die stark p-dotierten Inseln 54, 55, 56, 57 verhindert oder zumindest die Menge der in die Inseln 54, 55, 56, 57 eindringenden Teilchen reduziert. Die Implantationszone 90 ist hierbei in der ersten lateralen Richtung r1 im Wesentlichen zwischen den stark p-dotierten Inseln 54, 55, 56, 57 angeordnet.
  • Eine derartige Zone 90 mit reduzierter Ladungsträgerlebensdauer kann insbesondere auch bei allen anhand der 2a bis 7 beschriebenen Hochgeschwindigkeitsdioden vorgesehen sein.
  • Nach der Implantation ist es vorteilhaft, den Halbleiterkörper 1 für etwa 2 Stunden bei einer Temperatur zwischen ca. 220 und 270°C zu tempern.
  • 10 zeigt ein Diagramm, das die Abhängigkeit der beim Abschalten verschiedener Hochgeschwindigkeitsdioden maximal auftretenden Spannung Vmax vom Querschnittsflächen-Verhältnis A(p+)/Ages der stark p-dotierten Zonen zur gesamten Diodenfläche Ages wiedergibt.
  • Dabei ist Ages die Querschnittsfläche des Halbleiterkörpers in einer zur vertikalen Richtung senkrechten Ebene. Entsprechend ist A(p+) die gesamte Querschnittsfläche aller stark p-dotierten Zonen in einer zur vertikalen Richtung v senkrechten Schnittebene E1', E4 gemäß den 2a, 8 und 9 durch die stark p-dotierten Zonen.
  • In dem Diagramm ist an der Abszisse das Verhältnis A(p+)/Ages und an der Ordinate das Verhältnis zwischen der beim Abschaltvorgang maximal auftretenden dynamischen Durchbruchspannung Vmax im Stoßstromfall und der statischen Durchbruchspannung Vbr aufgetragen. Bei allen Dioden ist die Lebensdauer in der schwach p-dotierten Zone jeweils so angepasst, dass sie bei ihrem jeweiligen Nennstrom dieselbe Durchlassspannung aufweisen.
  • Die Kurve (a) bezieht sich auf eine Hochgeschwindigkeitsdiode gemäß dem Stand der Technik mit einer in der vertikalen Richtung homogenen Ladungsträgerlebensdauer τa des Halbleiterkörpers.
  • Die Hochgeschwindigkeitsdioden zu den Kurven (b) und (c) weisen dieselbe Halbleiterzonen-Anordnung auf. Sie besitzen jeweils eine entsprechend der Zone 90 gemäß 8 ausgebildete Zone mit reduzierter Ladungsträgerlebensdauer, die sich abweichend von der Zone 90 gemäß 8 in der vertikalen Richtung ausgehend von der Vorderseite in Richtung des zwi schen der schwach n-dotierten Zone und der schwach p-dotierten Zone ausgebildeten pn-Lastübergangs erstreckt, und in der die Ladungsträgerlebensdauer auf einen Wert τb (Kurve (b)) bzw. τc (Kurve (c)) reduziert wurde. Dabei beträgt die Ladungsträgerlebensdauer τb das Zehnfache der Ladungsträgerlebensdauer τc.
  • Bei einer homogenen vertikalen Ladungsträgerlebensdauer-Verteilung (Kurve (a)) steigt bei Flächenverhältnissen A(p+)/Ages größer oder gleich 0,25 das Verhältnis Vmax/Vbr deutlich an, wobei hohe Werte von Vmax/Vbr gleichbedeutend sind mit einem unerwünscht harten Abschaltverhalten der Diode.
  • Durch eine moderate Absenkung der Ladungsträgerlebensdauer auf einen Wert τb (Kurve (b)) verschiebt sich das Flächenverhältnis A(p+)/Ages, bei dem ein Übergang von weichem zu hartem Abschaltverhalten eintritt, hin zu höheren Werten (etwa 0,7 im Fall von Kurve (b)).
  • Wird die Ladungsträgerlebensdauer wie im Fall der Diode zu Kurve (c) in der Zone mit reduzierter Ladungsträgerlebensdauer sehr stark (τc) abgesenkt, so zeigt die Diode unabhängig vom Flächenverhältnis A(p+)/Ages ein weiches Abschaltverhalten, insbesondere sogar bei einem Flächenverhältnis von A(p+)/Ages = 1.
    • 1
    Halbleiterkörper
    3
    Feldring
    4
    pn-Lastübergang
    6
    schwach p-dotierte Zone
    7
    schwach n-dotierte Zone
    8
    stark n-dotierte Zone
    11
    Vorderseite des Halbleiterkörpers
    12
    Rückseite des Halbleiterkörpers
    13
    Rand des Halbleiterkörpers
    14
    Metallisierung
    15
    Randabschnitt
    16
    Maske
    17
    Gerade
    30
    Implantationsteilchen, vorzugsweise Wasserstoff- oder Heliumionen
    31
    Schwermetall
    41
    dem Rand zugewandte Seite des pn-Lastübergangs
    51-57
    stark p-dotierte Insel
    60
    Randstruktur
    71
    Abschnitt der schwach n-dotierten Zone
    81
    erste Teilzone der stark n-dotierten Zone
    82
    zweite Teilzone der stark n-dotierten Zone
    90
    Abschnitt des Halbleiterkörpers
    91-93
    Abschnitt der schwach p-dotierten Zone
    94-97
    Abschnitt einer stark p-dotierten Insel
    100
    erster Flächenbereich
    200
    zweiter Flächenbereich
    a1-a6
    Abstand der Querschnittsflächenschwerpunkte in der ersten lateralen Richtung
    d0
    Abstand der randnächsten stark p-dotierten Insel vom Rand der schwach p-dotierten Zone
    d1
    Abstand zwischen dem randnahen Ende der schwach p-dotierten Zone einerseits und der Grenze zwischen der schwach dotierten Teilzonen 81 und der stark dotierten Teilzonen 81 und 82 andererseits
    d2
    Abstand der schwach p-dotierten Zone vom Rand
    A0
    Querschnittsflächen
    A51-A57
    Querschnittsflächen
    l1
    Breite des Abschnitts 71 der schwach n-dotierten Zone
    l2
    Breite der Teilzone 81
    LD
    Diffusionslänge
    r1
    erste laterale Richtung
    r2
    zweite laterale Richtung
    v
    vertikale Richtung
    A100
    Fläche des ersten Flächenbereichs
    A151-A153
    im ersten Flächenbereich angeordnete Teilflächen der Querschnittsflächen der stark p-dotierten Inseln
    A254-A256
    im zweiten Flächenbereich angeordnete Teilflächen der Querschnittsflächen stark p-dotierter Inseln
    A200
    Fläche des zweiten Flächenbereichs
    A(p+)
    Querschnittsfläche aller stark p-dotierten Zonen
    Ages Querschnittsfläche des Halbleiterkörpers
    AQ100
    Gesamtfläche der im ersten Flächenbereich angeordneten Teilflächen der Querschnittsflächen der stark p-dotierten Inseln
    AQ200
    Gesamtfläche der im zweiten Flächenbereich angeordneten Teilflächen der Querschnittsflächen der stark p-dotierten Inseln
    E1, E1', E2'
    Querschnittsebene
    E2-E4
    Querschnittsebene Vbr statische Durchbruchspannung Vmax beim Abschalten der Hochgeschwindigkeitsdiode maximal auftretende Spannung
    r1max, r1min
    Abstände
    r2max, r2min
    Abstände
    τa, τb, τc
    Ladungsträgerlebensdauern
    LD
    Diffusionslänge

Claims (12)

  1. Hochgeschwindigkeitsdiode mit – einem Halbleiterkörper (1), in dem in einer vertikalen Richtung (v) aufeinander folgend eine stark n-dotierte Zone (8), eine schwach n-dotierte Zone (7) und eine schwach p-dotierte Zone (6) angeordnet sind, wobei zwischen der schwach n-dotierten Zone (7) und der schwach p-dotierten Zone (6) ein pn-Lastübergang (4) ausgebildet ist, – einer Randstruktur (60) zur Reduzierung der Feldstärkebelastung im Randbereich des Halbleiterkörpers (1), – einer Anzahl stark p-dotierter Inseln (51-57), die sich ausgehend von der der schwach n-dotierten Zone (7) abgewandten Seite der schwach p-dotierten Zone (6) in die schwach p-dotierte Zone (6) hinein erstrecken, – einem ersten Flächenbereich (100) einer zu der vertikalen Richtung (v) senkrechten, durch die schwach p-dotierte Zone (6) und die stark p-dotierten Inseln (51-57) verlaufenden Schnittebene (E1), der dadurch festgelegt ist, dass der in der Schnittebene (E1) gemessene Abstand eines jeden Punktes des ersten Flächenbereichs (100) zur Randstruktur (60) größer oder gleich einem ersten Abstand (r1min) und kleiner oder gleich einem zweiten Abstand (r1max) ist, – einem zweiten Flächenbereich (200) der Schnittebene (E1), der dadurch festgelegt ist, dass der in der Schnittebene (E1) gemessene Abstand eines jeden Punktes des zweiten Flächenbereichs (200) zur Randstruktur (60) größer oder gleich einem dritten Abstand (r2min) und kleiner oder gleich einem vierten Abstand (r2max) ist, wobei der dritte Abstand (r2min) größer oder gleich dem zweiten Abstand (r1max) ist, wobei das Verhältnis (AQ100/A100) zwischen der Gesamtfläche (AQ100) der innerhalb des ersten Flächenbereichs (100) gelegenen Bereiche (A151, A152, A153) der Inselquerschnittsflächen (A51, A52, A53) und der Fläche (A100) des ersten Flächenbereichs (100) kleiner ist als das Verhältnis (AQ200/A200) zwischen der Gesamtfläche (AQ200) der innerhalb des zweiten Flächenbereichs (200) gelegenen Bereiche (A254, A255, A256) der Inselquerschnittsflächen (A54, A55, A56) und der Fläche (A200) des zweiten Flächenbereichs (200).
  2. Hochgeschwindigkeitsdiode nach Anspruch 1, bei dem die mittlere Inselquerschnittsfläche der vollständig innerhalb des ersten Flächenbereichs (100) angeordneten Inselquerschnittsflächen (A52) kleiner ist als die mittlere Inselquerschnittsfläche der vollständig innerhalb des zweiten Flächenbereichs (200) angeordneten Inselquerschnittsflächen (A55).
  3. Hochgeschwindigkeitsdiode nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der mittlere Abstand der vollständig innerhalb des ersten Flächenbereichs (100) angeordneten Inselquerschnittsflächen (A52) größer ist als der mittlere Abstand der vollständig innerhalb des zweiten Flächenbereichs (200) angeordneten Inselquerschnittsflächen (A55).
  4. Hochgeschwindigkeitsdiode nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Verhältnis zwischen der Gesamtfläche (AQ100) der innerhalb des ersten Flächenbereichs (100) gelegenen Bereiche (A151, A152, A153) der Inselquerschnittsflächen (A51, A52, A53) und der Fläche (A100) des ersten Flächenbereichs (100) unter der Voraussetzung einer konstanten Differenz (r1max-r1min) zwischen dem zweiten Abstand (r1max) und dem ersten Abstand (r1min) mit zunehmendem ersten Abstand (r1min) monoton oder streng monoton zunimmt.
  5. Hochgeschwindigkeitsdiode nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Abstand (d0) zwischen der Randstruktur (60) und der dieser in einer zur vertikalen Richtung (v) senkrechten lateralen Richtung (r) nächstgelegenen stark p-dotierten Insel (51) zwischen dem Einfachen und dem Dreifachen der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger beträgt.
  6. Hochgeschwindigkeitsdiode nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die schwach n-dotierte Zone (7) in einem Abschnitt (71), der sich in einer zur vertikalen Richtung (v) senkrechten lateralen Richtung (r) ausgehend vom Rand (13) zumindest bis zum pn-Lastübergang (4) erstreckt, eine durch Bestrahlung mit Helium reduzierte Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger aufweist.
  7. Hochgeschwindigkeitsdiode nach Anspruch 6, bei der der Abschnitt (71) der schwach n-dotierten Zone (7) und die schwach p-dotierte Zone (6) sich in lateraler Richtung über eine Abmessung (d0) überlappen, wobei diese Abmessung d0 das Ein- bis Dreifache der Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger beträgt.
  8. Hochgeschwindigkeitsdiode nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der auf der der schwach p-dotierten Zone (6) abgewandten Seite der schwach n-dotierten Zone (7) eine n-dotierte Zone (8) angeordnet ist, die stärker n-dotiert ist als die schwach n-dotierte Zone (7) und die eine schwächer n-dotierte Teilzone (81) aufweist, welche sich vom Rand (13) ausgehend in einer zur vertikalen Richtung (v) senkrechten lateralen Richtung (r1) bis unter die schwach p-dotierte Zone (6) erstreckt und die einen Bereich (81) umfasst, der so bemessen ist, dass der in der lateralen Richtung (r1) gemessene Abstand d1 zwischen dem randnahen Ende (41) der schwach p-dotierten Zone (6) und der Grenze zwischen der schwach dotierten Teilzone (81) und der stark dotierten Teilzone (82) das Ein- bis Dreifache der Diffusionslänge (LD) der Minoritätsladungsträger beträgt.
  9. Hochgeschwindigkeitsdiode nach Anspruch 8, bei der die Teilzone (81) und die schwach n-dotierte Zone (7) gleich stark n-dotiert sind.
  10. Hochgeschwindigkeitsdiode nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Halbleiterkörper (1) einen Randabschnitt (15) aufweist, der sich in einer zur vertikalen Richtung (v) senkrechten lateralen Richtung (r) ausgehend vom Rand (13) in den Halbleiterkörper (1) hinein erstreckt, in dem die Diffusionslänge von Ladungsträgern durch Rekombinationszentren gegenüber der Diffusionslänge von Ladungsträgern in den restlichen Abschnitten des Halbleiterkörpers (1) abgesenkt ist.
  11. Hochgeschwindigkeitsdiode nach Anspruch 10, bei dem die Rekombinationszentren durch wenigstens ein Schwermetall gebildet sind.
  12. Hochgeschwindigkeitsdiode nach Anspruch 11, bei dem das Schwermetall Gold und/oder Platin ist.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0450306B1 (de) * 1990-02-28 1996-07-24 Hitachi, Ltd. Hochgeschwindigkeitsdiode und Verfahren zur Herstellung

Patent Citations (1)

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