DE69721366T2

DE69721366T2 - Diode und Stromrichterschaltungsapparat

Info

Publication number: DE69721366T2
Application number: DE69721366T
Authority: DE
Inventors: Masahiro Hitachinaka-shi Nagasu; Mutsuhiro Mito-shi Mori; Hideo Hitachi-shi Kobayashi; Junichi Hitachi-shi Sakano
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-02-28
Filing date: 1997-02-21
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2017-02-22
Also published as: US5859446A; DE69721366D1; JPH09232597A; EP0794578A1; EP0794578B1; JP3444081B2

Description

Wenn an eine Diode im Normalbetrieb eine Rückwärtsspannung angelegt wird, fließt für einige Zeit ein Rückwärtsstrom. Dies, da die Rückwärtsspannung dafür sorgt, dass in der Diode gespeicherte Ladungsträger aufgrund der Leitungseigenschaftenmodulation derselben nach außen entladen werden. Dieser Rückwärtsstrom ist als Sperrverzugstrom einer Diode bekannt. Der Spitzenwert (I_rp) des Sperrverzugstroms nimmt Zeit, wenn die zeitliche Änderung (di/dt) des Stroms bei einer Änderung von der Vorwärts- auf die Rückwärtsrichtung hoch wird.
Die Diode erleidet dann einen Durchbruch, wenn di/dt beim Sperrverzug übermäßig ansteigt. Im Allgemeinen muss der Wert von di/dt, bei dem ein Durchbruch auftritt (nachfolgend als "kritischer di/dt-Wert") groß sein. Im Fall einer Diode mit niedrigem kritischem di/dt-Wert war es daher üblich, den di/dt-Wert der Diode dadurch zu beschränken, dass in den Hauptschaltkreis eine Induktivität eingesetzt wird oder die Schaltgeschwindigkeit von gemeinsam mit den Dioden verwendeten Schaltgeschwindigkeiten tief gehalten wird, um die Diode bei einem Sperrverzug vor einem Durchbruch zu schützen.
Wenn eine derartige Induktivität in den Hauptschaltkreis eingesetzt wird, wird jedoch die beim Schaltverzug der Diode oder beim Schalten der Schaltelemente erzeugte Spannung übermäßig hoch, und demgemäß erleiden die Diode und die Schaltelemente einen Durchbruch; daher ist eine Schutzschaltung wie eine Überspannungs-Schutzschaltung erforderlich. Jedoch treten Probleme auf, wenn ein Leistungswandler mit großen Abmessungen hergestellt wird, da der Wandlungswirkungsgrad usw. abnehmen, da das Anbringen der Schutzschaltung nicht nur zu einer Erhöhung der Teileanzahl führt sondern auch Leistungsverlust zur Folge hat.
Die Einschaltzeit der Schaltelemente muss verlängert werden, um den di/dt- Wert der Diode durch Verlangsamen der Schaltgeschwindigkeit der Schaltelemente zu verringern, was es erforderlich macht, die Schaltfrequenz zu begrenzen, und was Zusatzkosten zum Kühlen der Elemente zur Folge hat, da die Einschaltverluste der Elemente ansteigen.
Die Erfindung sucht, eine Diode, die zur Verbesserung ihres kritischen di/dt-Werts konzipiert ist, und einen Spannungswandler zu schaffen, der an die Erfordernisse einer Verbesserung des Wandlungswirkungsgrads und einer Kostenverringerung angepasst ist.
Gemäß einer ersten Erscheinungsform der Erfindung ist eine Diode mit Folgendem geschaffen: einer ersten Halbleiterschicht eines ersten Leitungstyps, einer in der ersten Halbleiterschicht vorgesehenen zweiten Halbleiterschicht eines zweiten Leitungstyps, einer mit der ersten Halbleiterschicht elektrisch verbundenen ersten Hauptelektrode und einer zweiten Hauptelektrode, die die zweite Halbleiterschicht in einem Kontaktbereich innerhalb eines Randteils eines Übergangsbereichs zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht kontaktiert, wobei der Randteil am Rand des zweiten Halbleiterbereichs liegt, wobei der kürzeste seitliche Abstand zwischen dem Kontaktbereich und dem Randteil des Übergangs nicht kürzer ist als die Diffusionslänge von Minoritätsladungsträgern in der ersten Halbleiterschicht.
Bei einer derartigen Diode ist der Bereich, in dem die zweite Hauptelektrode und die zweite Halbleiterschicht im Endabschnitt der zweiten Halbleiterschicht einander nicht überlappen, erweitert. Die Menge der in einen Abschlussbereich benachbart zum Endabschnitt der zweiten Halbleiterschicht injizierten Ladungsträger kann gesenkt werden, da der Widerstand des Bereichs, in dem die zweite Hauptelektrode und die zweite Halbleiterschicht nicht miteinander in Kontakt stehen, größer als der der zweiten Hauptelektrode ist. Daher kann eine lokale Stromkonzentration im Endabschnitt der zweiten Halbleiterschicht im Sperrverzugsfall verhindert werden. Demgemäß ist es unwahrscheinlich, dass die Diode im Sperrverzugsfall durchbricht, und der kritische di/dt-Wert ist verbessert.
Die Ladungsträger-Lebensdauer in der Nähe des Anschlussbereichs der Diode kann kürzer als in einem aktiven Bereich gemacht werden, wodurch die in der ersten Halbleiterschicht gespeicherten Ladungsträger in der Nähe des Anschlussbereichs verringert sind, da die Rekombination von Ladungsträgern im Anschlussbereich beschleunigt ist. Daher kann eine lokale Stromkonzentration im Endabschnitt der zweiten Halbleiterschicht im Sperrverzugsfall verhindert werden, und der kritische di/dt-Wert ist verbessert.
Ferner ist ein Leistungswandler mit einem Parallelschaltkreis mit Schaltelementen wie die Erfindung verkörpernden Dioden dergestalt, dass der di/dt-Wert eines Stroms, wie er durch die Diode fließt, wenn das Schaltelement einausgeschaltet wird, bis auf mindestens 2500 A/μs erhöht werden kann. Gemäß diesen Merkmalen kann ein für den Leistungswandler erforderlicher Anoden-Drosselwiderstand in der Größe verkleinert oder weggelassen werden. Darüber hinaus kann auch die Größe einer Schutzschaltung wie einer Überspannungs-Schutzschaltung verringert werden. Daher können die Größe und das Gewicht des Leistungswandlers verringert werden, und außerdem ist der Wandlungswirkungsgrad verbesserbar.
Gemäß der Erfindung ist es darüber hinaus möglich, einen Leistungswandler mit mehreren Modulen in einer Standhaltespannungsklasse von 4000 V oder höher zu erhalten, wobei das Modul einen eingebauten Parallelschaltkreis mit Schaltstufen und Dioden ohne Vorhandensein eines Drosselwiderstands aufweist. Der so aufgebaute Leistungswandler ermöglicht es, die Größe und das Gewicht eines Wandlers mit hohem Leistungsvermögen zu verringern, der für eine Hochspannungsversorgung mit einer Quellenspannung von ungefähr 1500 V oder höher verwendet wird.
In den Zeichnungen ist Folgendes dargestellt.
1 ist eine perspektivische Ansicht einer die Erfindung verkörpernden Planardiode.
2 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen L und einem kritischen di/dt-Wert für die Diode der 1 zeigt.
3 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Vorwärtsspannung V_F bei einer Stromdichte von 100 A/cm^–2 und dem Verhältnis zwischen der Diffusionslänge L_F der Löcher in einer Halbleiterschicht vom n^–-Leitungstyp und der Dicke Wn^– der Halbleiterschicht zeigt.
4 zeigt Diagramme zu den Ergebnissen einer von den Erfindern ausgeführten Untersuchung zu (a) Strom- und Spannungsverläufen im Sperrverzugsfall, (b) und (c) zur Stromverteilung in der Diode.
5 zeigt Diagramme (a) und (b) zum Veranschaulichen einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
6 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
7 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
8 ist eine Schnittansicht noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
9 zeigt Diagramme (a) und (b) zum Veranschaulichen des Betriebs eines Verkürzungsteils für die Lebensdauer in der Dickenrichtung einer Diode.
10 ist ein Beispiel eines Leistungswandlers unter Verwendung der Dioden gemäß der Ausführungsform der Erfindung.
11 zeigt Diagramme (a) und (b) zum Veranschaulichen des Betriebs des Wechselrichters der 10.
Die 1 ist eine perspektivische Ansicht einer die Erfindung verkörpernden Planardiode. Während eine Diode ausgeschaltet bleibt, fließt kein Strom, da sich in einer Halbleiterschicht 14 vom n^–-Leitungstyp eine Verarmungsschicht erstreckt. Wenn an eine Anodenelektrode 16 eine positive Spannung in Bezug auf eine Kathodenelektrode 17 angelegt wird, fließt ein elektrischer Strom, da von einer Halbleiterschicht 11 vom p^–-Leitungstyp Löcher in die Halbleiterschicht 14 injiziert werden. Wenn die Diode ausgeschaltet wird, dient eine Halbleiterschicht 12 vom p⁺-Leitungstyp, die teilweise in einem Anschlussbereich vorhanden ist, dazu, die sich ausgehend vom Übergang J1 zwischen der Halbleiterschicht 11 vom p⁺-Leitungstyp und der Halbleiterschicht 14 vom n^– -Leitungstyp zum Umfangsabschnitt der Diode erstreckt, auszuweiten, um eine Konzentration des elektrischen Felds in der Nähe der Grenze zwischen einem L-Abschnitt und dem Anschlussbereich zu verhindern.
Der Anschlussbereich ist so vorhanden, dass er einen aktiven Bereich und den L-Abschnitt umgibt. Ein Isolierfilm 13 (z. B. ein SiO₃-Film) ist teilweise in der Nähe der Fläche des L-Abschnitts oder des Anschlussbereichs vorhanden, wodurch im L-Abschnitt verhindert ist, dass die Anodenelektrode 16 mit der Halbleiterschicht 11 vom p⁺-Leitungstyp in Kontakt gelangt, wohingegen im Anschlussbereich verhindert wird, dass eine Elektrode 18, die so vorhanden ist, dass sie Kontakt zur Halbleiterschicht 12 vom p^–-Leitungstyp bildet, mit der Halbleiterschicht 14 vom n^– -Leitungstyp in Kontakt gelangt. Die im Anschlussbereich vorhandene Elektrode 18 ist konzentrisch in Bezug auf die Halbleiterschicht 12 vom p+-Leitungstyp unterteilt. Die Elektrode 18 am äußersten Umfang kontaktiert eine Halbleiterschicht 19 vom n⁺-Leitungstyp. Auf der kathodenseitigen Fläche der Halbleiterschicht 14 vom n^–-Leitungstyp liegt eine Halbleiterschicht 15 vom n⁺-Leitungstyp, und die Halbleiterschicht 15 kontaktiert die Kathodenelektrode 17. Die Halbleiterschicht 15 vom n⁺-Leitungstyp injiziert Elektronen in die Halbleiterschicht 14 vom n^–-Leitungstyp, wenn eine Vorwärtsspannung angelegt wird.
Das Bezugssymbol 11 zeichnet den Abstand (nachfolgend als "Rückwärtslänge der Anodenelektrode" bezeichnet) zwischen dem Abschnitt am äußersten Umfang auf der Seite des Anschlussbereichs der Halbleiterschicht 11 vom p^–-Leitungstyp sowie demjenigen eines Abschnitts, in dem die Anodenelektrode 16 und die Halbleiterschicht 11 vom p⁺-Leitungstyp miteinander in Kontakt stehen. Übrigens bezeichnet die Benennung "Grenze zwischen dem aktiven Bereich und dem Anschlussbereich" nachfolgend gleichzeitig den "ganz am Umfang liegenden Abschnitt der Halbleiterschicht 11 vom p⁺-Leitungstyp".
In der Diode der 1 wird dann ein Vorwärtszustand errichtet, wenn eine positive und eine negative Spannung an die Anoden- bzw. Kathodenelektrode 16, 17 angelegt werden. Dann werden Löcher und Elektronen gleichzeitig von der Halbleiterschicht 11 vom p⁺-Leitungstyp bzw. der Halbleiterschicht 15 vom n⁺-Leitungstyp injiziert. Im Ergebnis steigt die Ladungsträgerkonzentration in der Halbleiterschicht 14 vom n⁺-Leitungstyp an, so dass ein Zustand mit hoher Injektion erzeugt wird. Daher nimmt der Widerstand der Halbleiterschicht 14 vom n^–-Leitungstyp ab, und es wird eine niedrige Vorwärtsspannung V_F erzielt. Andererseits befindet sich die Diode im Sperrzustand, wenn die negative und die positive Spannung an die Anodenelektrode 16 bzw. die Kathodenelektrode 17 angelegt werden. Wenn die Spannung im Sperr- oder Rückwärtszustand plötzlich anstelle derjenigen im Vorwärtszustand angelegt wird, werden die Löcher innerhalb der in der Halbleiterschicht 14 vom n^–-Leitungstyp gespeicherten Ladungsträger in die Halbleiterschicht 11 vom p⁺-Leitungstyp entladen und die Elektronen werden in die Halbleiterschicht 15 vom n^–-Leitungstyp entladen. Daher fließt für eine Zeitlang ein Sperrverzugsstrom.
Eine abrupte Änderung von der Vorwärts- in die Rückwärtsrichtung, d. h. ein hoher di/dt-Wert, beschleunigt die Entladung von Ladungsträgern, wodurch in der Halbleiterschicht 14 vom n^–-Leitungstyp lokal eine Stromkonzentration auftritt. Entsprechend Untersuchungen durch die Erfinder zur Stromkonzentration, bei der wahrscheinlich eine Diode durchbricht, besteht die Tendenz, dass eine derartige Stromkonzentration an der Grenze zwischen dem aktiven Bereich und dem Anschlussbereich auftritt. Wie es anschließend detailliert beschrieben wird, wird eine Stromkonzentration dadurch verhindert, dass an der Grenze zwischen dem aktiven Bereich und dem Anschlussbereich gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung ein L-Abschnitt angebracht wird.
Die 2 zeigt die Beziehung zwischen dem L in der Diode und dem kritischen di/dt-Wert, wie er sich aus der von den Erfindern durchgeführten Untersuchung ergibt. In diesem Fall beträgt die Störstoffkonzentration in der Halbleiterschicht 14 vom n^–-Leitungstyp 1,8 p 10¹³ cm^–3; der Abstand zwischen den Übergängen J1 und J2 beträgt ungefähr 400 μs; und die Sperrstandhaltespannung beträgt ungefähr 4000 V.
Die Größe des kritischen di/dt-Werts der Diode hängt stark von der Rückwärtslänge L der Anodenelektrode ab, und er fällt stark, wenn die Rückwärtslänge L 1000 μm oder weniger beträgt. Wenn L 100 μm beträgt, beträgt der di/dt-Wert z. B. 2500 A/μs, wohingegen er, wenn der Erstere 10 μm beträgt, auch um mehr als eine Größenordnung auf 200 A/μs fällt. Ein Faktor, der dafür sorgt, dass der kritische di/dt-Wert stark von der Rückwärtslänge abhängt, ist die Diffusionslänge L_P der Löcher in der Halbleiterschicht 14 vom n^–-Leitungstyp. Wenn der Diffusionskoeffizient und die Lebensdauer der Löcher in der Halbleiterschicht 14 vom n^–-Leitungstyp allgemein D und τ betragen, gilt die folgende Beziehung: LP = √(D·τ) (Zahlenformel 1) In diesem Fall repräsentiert [√()] die Quadratwurzel des Werts in Klammern. Bei einer Diode, die die Beziehung der 2 zeigt, beträgt der Diffusionskoeffizient D ungefähr 12 cm²/s, wenn die Störstoffkonzentration in der Halbleiterschicht 14 vom n^–-Leitungstyp 1,8 × 10¹³ cm^–3 beträgt. Wenn die Lebensdauer r ungefähr 8,3 μs beträgt, erhält L_P darüber hinaus einen Wert von ungefähr 100 μm. Anders gesagt, passt die Rückwärtslänge L der Anodenelektrode, bei der der kritische di/dt-Wert stark abfällt, zur Diffusionslänge der Löcher in der Halbleiterschicht 14 vom n^–– Leitungstyp.
Die obigen Untersuchungsergebnisse zeigen an, dass ein größerer kritischer di/dt-Wert unter der Bedingung erzielbar ist, dass die Rückwärtslänge L der Anodenelektrode im Bereich eingestellt wird, der dem folgenden genügt: L ≥ LP = √(D·τ) (Zahlenformel 2)
Jedoch ist der Abfall der Vorwärtsspannung verstärkt und die Spannungsverluste sind erhöht, da der aktive Bereich der Diode zu verkleinern ist, um den Wert L zu erhöhen. Daher wird die Obergrenze der Rückwärtslänge L der Anodenelektrode vorzugsweise auf einen Wert eingestellt, bei dem die Fläche des aktiven Bereichs ungefähr 30% der Gesamtfläche der Diode, ausschließlich des Anschlussbereichs, beträgt.
Außerdem ist ein pn-Übergang mit gleichmäßiger Tiefe in einem aktiven Bereich für einen großen kritischen di/dt-Wert bevorzugt. In der 1 ist die Tiefe des Übergangs J1 im aktiven Bereich mit dem L-Abschnitt gleichmäßig. Der Übergang J1 verfügt über keinen Abschnitt, der eine Stromansammlung bei einem Sperrverzug fördern würde. Demgemäß verfügt die Diode der 1 über einen ausreichend großen kritischen di/dt-Wert.
Obwohl die 2 Ergebnisse betrifft, wie sie von einer Diode mit einer Standhaltespannung von 4000 V erhalten wurden, wurden von den Erfindern auf Grundlage von Untersuchungen ähnliche Ergebnisse für Dioden in anderen Standhaltespannungsklassen erzielt. Genauer gesagt, ist die Rückwärtslänge L, die einen größeren kritischen di/dt-Wert verfügbar macht, die Folgende: 24 μm oder mehr in einer Standhaltespannungsklasse von 200 V, 32 μm oder mehr in einer Standhaltespannungsklasse von 600 V, 44 μm oder mehr in einer Standhaltespannungsklasse von 1200 V, 60 μm oder mehr in einer Standhaltespannungsklasse von 2000 V, 86 μm oder mehr in einer Standhaltespannungsklasse von 3300 V, 100 μm oder mehr in einer Standhaltespannungsklasse von 4000 V und 120 μm oder mehr in einer Standhaltespannungsklasse von 5000 V. Wenn eine Standhaltespannung vom Wert V_B(V) gegeben ist, ist die obige Rückwärtslänge L (μm) wie folgt ausgedrückt: L ≥ 0,02 VB + 20 (Zahlenformel 3) und wenn L so eingestellt wird, dass dies erfüllt ist, kann ein größerer kritischer di/dt-Wert erzielt werden. Übrigens sind die Vorwärtsspannungen dieser Dioden die Folgenden: ungefähr 1,2 V –1,5 V in einer Standhaltespannungsklasse von 200 V in der Nähe einer Stromdichte von 100 A/cm², 1,5 V –1,8 V bei einer Standhaltespannung von 600 V, 1,8 V – 2,5 V in den Klassen 1200 – 2000 sowie 2,5 V – 4 V in einer Standhaltespannungsklasse von 2000 V oder höher.
Im Fall einer Diode mit einer Standhaltespannung über ungefähr 100 V hängt nicht nur die Diffusionslänge der Löcher sondern auch die im Leitungszustand aufrechterhaltene Vorwärtsspannung V_F stark von der Lebensdauer der Ladungsträger ab. Ferner wird die Halbleiterschicht 14 vom n^– -Leitungstyp umso dicker, je höher die Standhaltespannung ist, so dass V_F größer wird. Daher haben die Erfinder abgeschätzt, dass die Vorwärtsspannung V_F in gewisser Weise mit der Diffusionslänge L_F der Löcher in der Halbleiterschicht 14 vom n^– -Leitungstyp und der Dicke Wn^– der Halbleiterschicht 14 in Beziehung stehen könnte, und sie haben die Beziehung untersucht.
Die 3 zeigt die Beziehung zwischen der Vorwärtsspannung V_F bei einer Stromdichte von 100 A/cm^–2 und dem Verhältnis zwischen der Diffusionslänge L_F der Löcher in der Halbleiterschicht 14 vom n^–-Leitungstyp und der Dicke Wn^– der Halbleiterschicht 14. Diese Beziehung gilt bei einer Diode, deren Standhaltespannung 100V oder mehr beträgt. Übrigens verbleibt die Verteilung der Störstoffe in der Halbleiterschicht 11 vom p^–-Leitungstyp und der Halbleiterschicht 15 vom n⁺-Leitungstyp im Verteilungsbereich, wie er bei einer herkömmlichen Planardiode verwendet wird. Typischerweise beträgt die Spitzenkonzentration ungefähr 1018 cm^–3, und die Tiefe beträgt 10 – 15 μm hinsichtlich der Halbleiterschicht 11 vom p⁺-Leitungstyp, und die Spitzenkonzentration beträgt ungefähr 1019–1020 cm^–3 hinsichtlich der Halbleiterschicht 15 vom n⁺-Leitungstyp.
Die 3 zeigt, dass dann, wenn die Vorwärtsspannung V_F und die Dicke Wn^– der Halbleiterschicht vom n^–-Leitungstyp eingestellt sind, die Diffusionslänge L_F der Löcher erhalten werden kann. In Fall einer Diode, bei der die Dicke der Halbleiterschicht 14 vom n^–-Leitungstyp 200 μm bei einer Vorwärtsspannung V_F von 2 V beträgt, ist die Diffusionslänge L_F der Löcher wie folgt gegeben: LP ≈ 0,28 × 200 = 56 μm wobei L_P/Wn^– 0,28 beträgt, wenn V_F den Wert 2 V einnimmt, wie es in der 3 dargestellt ist. Daher kann L im durch die Gleichung (Zahlenformel 2) angegebenen Bereich eingestellt werden, wenn die Rückwärtslänge L der Anodenelektrode höher als dieser Wert eingestellt wird. Unter Verwendung der Beziehung der 3 kann die Rückwärtslänge L der Anodenelektrode zum Erhalten eines großen kritischen di/dt-Werts entsprechend der gewünschten Vorwärtsspannung V_F und der Dicke Wn^– der Halbleiterschicht 14 vom n^– -Leitungstyp eingestellt werden, ohne dass die Diffusionslänge L_P aus der Lebensdauer erhalten wird.
Die 4 zeigt die Ergebnisse der von den Erfindern vorgenommenen Untersuchung zur Stromverteilung in der Diode im Sperrverzugsfall. Die 4(a) zeigt die Signalverläufe des Stroms und der Spannung im Sperrverzugsfall. Die 4(b) und 4(c) zeigen die Stromverteilung in der Diode beim Spitzenwert (I_rp) des Sperrverzugsstroms: die 4(b) betrifft die Ausführungsform der 1, bei der die Rückwärtslänge L der Anodenelektrode 400 μm beträgt, und die 4(c) betrifft die herkömmliche Diode, bei der L 10 μm beträgt. In beiden obigen Fällen liegt die Standhaltespannung in einer Klasse von 4000 V; die Störstoffkonzentration in der Halbleiterschicht 14 vom n^{– -} Leitungstyp beträgt 1,8 P 1013 cm^–3; und die Dicke (der Abstand zwischen den Übergängen J1 und J2) der Halbleiterschicht beträgt 400 μm. Ferner beträgt der di/dt-Wert im Sperrverzugsfall 1500 A/-μS.
Bei der Diode gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung wird an der Grenze zwischen dem aktiven Bereich und dem Anschlussbereich keine Stromkonzentration erkannt, und es wird eine gleichmäßige Stromverteilung erzielt. Bei der herkömmlichen Diode konzentriert sich dagegen der Strom im Sperrverzugsfall an der Grenze zwischen dem aktiven Bereich und dem Anschlussbereich.
So ist die Stromverteilung in der Diode gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung völlig verschieden von der beim herkömmlichen Beispiel.
Die 5 zeigt ein Muster auf der Ebene der Anodenelektrode 16 bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Die Anodenelektrode 16 ist so ausgebildet, dass sie in einem Bereich 52 mit der Halbleiterschicht 11 vom p⁺-Leitungstyp in Kontakt steht. Ferner ist ein Bereich 51 ein solcher, in dem die Anodenelektrode 16 nicht mit der Halbleiterschicht 11 vom p+-Leitungstyp in Kontakt steht, d. h., wo sie zurückversetzt ist. In der 5(a) sind die Ecken des Bereichs 52 gekrümmt, und die Breite des Eckabschnitts des Bereichs 51 ist größer als diejenige des geraden Abschnitts desselben, wohingegen in der 5(b) die Ecken des Bereichs 52 geradlinig sind und die Breite des Bereichs 51 ebenfalls im Eckabschnitt größer ist, wie in der 5(a). Anders gesagt, ist die Rückwärtslänge L_R des Eckabschnitts der Anodenelektrode in der Diode der 5(a) und 5(b) größer als die Rückwärtslänge L_S des geradlinigen Abschnitts derselben, und zumindest genügt L_R der obigen Gleichung (Zahlenformel 2).
Da die Stromkonzentration im Sperrverzugsfall die Tendenz zeigt, insbesondere im Eckabschnitt aufzutreten, wird der kritische di/dt-Wert selbst dann verbessert, wenn nur der o. g. Eckabschnitt (L_R) der Gleichung (Zahlenformel 2) genügt. Außerdem wird ein höherer kritischer di/dt-Wert erhalten, wenn L_S der Gleichung (Zahlenformel 2) genügt.
Selbst wenn L_R, L_S nicht der obigen Gleichung (Zahlenformel 2) genügen, ist der kritische di/dt-Wert im Fall L_R < L_S höher als im Fall L_R = Ls, jedoch nicht so hoch wie der bei der Ausführungsform der Erfindung.
Die 6 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung sind Halbleiterschichten 61 vom p+-Leitungstyp und Halbleiterschichten 62 vom p^–-Leitungstyp abwechselnd im aktiven Bereich einer Diode angeordnet. Das Betriebsprinzip dieser Diode ist in der japanischen Patentoffenlegung Nr. 250670/1991 beschrieben. Die Halbleiterschicht 62 vom p^–-Leitungstyp, deren Störstoffkonzentration nahe der Oberfläche ungefähr 10¹⁶ cm^–3 beträgt und deren Tiefe ungefähr 50–100 nm beträgt, bildet mit der Anodenelektrode 16 einen Schottky-Übergang. Die Halbleiterschicht 62 vom p^–-Leitungstyp wird dadurch hergestellt, dass die Anodenelektrode 16 aus AlSi hergestellt wird und dann Al durch die Halbleiterschicht vom ή -Leitungstyp mittels Wärmebehandlung bei einigen 100°C in das AlSi eindiffundiert wird.
Ferner ist eine Halbleiterschicht 63 vom p⁺-Leitungstyp an der Grenze zwischen dem Anschlussbereich und demjenigen Bereich vorhanden, wo die Halbleiterschichten 61 vom p⁺-Leitungstyp und diejenigen 62 vom p^–-Leitungstyp abwechselnd angeordnet sind. Wie bei der Ausführungsform der 1 erfüllt die Rückwärtslänge L der Anodenelektrode in der Halbleiterschicht 63 vom p+-Leitungstyp die obige Gleichung (Zahlenformel 2). Die Kathodenseite und der Anschlussbereich sind von ähnlicher Struktur wie bei der Ausführungsform der 1.
Die aus der Kathodenseite übertragenen Elektroden werden leicht so geführt, dass sie durch die Halbleiterschicht 62 vom p^–-Leitungstyp laufen, da die Störstoffkonzentration in der Halbleiterschicht 62 vom p^–-Leitungstyp niedrig ist. Daher ist die Ladungsträgerkonzentration auf der Anodenseite als Hauptfaktor beim Bestimmen der Größe des Sperrverzugsstroms in der Halbleiter schicht vom n^–-Leitungstyp verringert. Demgemäß wird der Spitzenwert I_rp, des Sperrverzugsstroms klein.
Wenn die Abmessung L_R des Kontaktgebiets zwischen der Anodenelektrode 16 und der Halbleiterschicht 63 vom p⁺-Leitungstyp größer wird, nimmt jedoch die Ladungsträgerkonzentration auf der Seite der Anodenelektrode 16 zu, da die Löcherinjektion aus der Halbleiterschicht 63 vom p⁺-Leitungstyp in die Halbleiterschicht vom n^–-Leitungstyp erhöht ist, was zu einer Zunahme des Spitzenstroms I_rp im Sperrverzugsfall führt. Daher ist es bevorzugt, L_A nicht zu stark zu erhöhen. L_A wird entsprechend der Abmessung L_B des Kontaktgebiets zwischen der Halbleiterschicht 61 vom p⁺-Leitungstyp, wie teilweise im aktiven Bereich vorhanden, und der Anodenelektrode gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung eingestellt. Die Ladungsträgerdichte im aktiven Bereich wird auf diese Weise vergleichmäßigt, und I_rp wird nicht erhöht.
Die 7 zeigt noch eine andere Ausführungsform der Erfindung. Obwohl die Struktur auf der Seite A der Anodenelektrode gemäß dieser Ausführungsform ähnlich derjenigen bei der Ausführungsform der 1 ist, sind Halbleiterschichten 71 vom p⁺-Leitungstyp teilweise in der Halbleiterschicht 15 vom n^– -Leitungstyp auf der Seite K der Kathodenelektrode vorhanden.
Wenn bei dieser Diode eine Anodenelektrode A negativ in Bezug auf eine Kathodenelektrode K geladen wird, langt eine Verarmungsschicht, die sich von der Übergangs-Grenzfläche J1 zwischen der Halbleiterschicht 14 vom n^––Leitungstyp und der Halbleiterschicht 11 vom p⁺-Leitungstyp erstreckt, am Übergang J3 zwischen der Halbleiterschicht 14 vom n^–-Leitungstyp und der Halbleiterschicht 71 vom p⁺-Leitungstyp auf der Seite K der Kathodenelektrode bei einer Spannung unter der so erzeugten Spannung an, was einen Lawinendurchbruch nahe J1 erzeugt. Wenn der Spannungswert, bei dem die Verarmungsschicht am Übergang J3 anlangt, V₁ ist, beginnt beim V₁ ein Rückwärtsstrom langsam zu fließen. Wenn die Spannung erhöht wird, verursachen die aus der Halbleiterschicht 71 vom p⁺-Leitungstyp in die Halbleiterschicht 14 vom n^–-Leitungstyp injizierten Löcher den Lawinendurchbruch nahe dem Übergang J1. Wenn angenommen wird, dass der Spannungswert dabei V₂ ist, steigt der Strom abrupt bei V₂ an. Eine Sperr-Ausgangscharakteristik wie diese demonstriert den Effekt einer Verringerung der Erzeugung einer Überspannung sowie elektromagnetischer Störsignale im Sperrverzugsfall der Diode. Dieser Prozess wird anschließend beschrieben.
Eine diode wird in einem Schaltkreis verwendet, in dem eine mit ihr in Reihe geschaltete induktive Komponente (die Induktivität einer Drossel oder einer Leiterbahn) existiert. Daher fließt der Sperrverzugsstrom der Diode auch durch die mit ihr in Reihe geschaltete Induktivität. Wenn die Ladungsträgerkonzentration in der Halbleiterschicht vom n^–-Leitungstyp abnimmt, nimmt der Sperrverzugsstrom plötzlich nach seinem Spitzenwert I_rp ab, und demgemäß bewirkt die Induktivität, dass die Rückwärtsspannung der Diode in gewissem Ausmaß über die Versorgungsspannung ansteigt. Wenn die Rückwärtsspannung übermäßig hoch wird, tritt nicht nur eine Zerstörung der Diode sondern auch eine Erzeugung elektromagnetischer Störsignale auf. Bei der Diode gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung beginnt jedoch der Strom beim ersten Rückwärtsspannungswert V₁ allmählich zu fließen, und der Abfall des Sperrverzugsstroms verlangsamt sich, wodurch die Erzeugung einer hohen Spannung aufgrund der Induktivität und von elektromagnetischen Störsignalen verhindert ist.
Durch das Anbringen der Halbleiterschicht 71 vom p^–-Leitungstyp auf der Kathodenseite gehören schließlich zu den Löchern, die sich in der Nähe der Grenze zwischen dem aktiven Bereich und dem Anschlussbereich im Sperrverzugsfall konzentrieren, die Löcher, die von der Halbleiterschicht 71 vom p⁺-Leitungstyp injiziert werden, zusätzlich zu den im Anschlussbereich gespeicherten Löchern. Daher ist es wahrscheinlich, dass an der Grenze eine Stromkonzentration auftritt. Gemäß dieser Ausführungsform ist jedoch eine derartige Stromkonzentration verhindert, da die Rückwärtslänge L der Anodenelektrode A in der Halbleiterschicht L vom p^–-Leitungstyp die obige Gleichung (Zahlenformel 2) erfüllt.
Die Halbleiterschicht 71 vom p⁺-Leitungstyp ist im Bereich, in dem die Anodenelektrode nach hinten verschoben ist, und im Anschlussbereich nicht vorhanden, um die Stromkonzentration bei dieser Ausführungsform der Erfindung zu lindem.
Die 8 ist eine Schnittansicht noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei der die Ladungsträger-Lebensdauer in der Nähe 81 des Anschlussbereichs von der in einem aktiven Bereich 82 verschieden ist. Genauer gesagt, ist die Ladungsträger-Lebensdauer in der Nähe 81 des Anschlussbereichs kürzer als im aktiven Bereich. Der rückwärtige Bereich des aktiven Bereichs ist im Bereich 81 enthalten, dessen Lebensdauer kurz ist. Die Rückwärtslänge L der Anodenelektrode genügt der durch die obige Gleichung (Zahlenformel 2) definierten Beziehung. Gemäß dieser Ausführungsform ist ein größerer kritischer di/dt-Wert bei einer Rückwärtslänge L unter derjenigen der Anodenelektrode bei der vorigen Ausführungsform erzielbar, da die Ladungsträgerdichte im Anschlussbereich durch Verkürzen der Ladungsträger- Lebensdauer im Anschlussbereich gesenkt ist.
Ein Bereich, in dem die Lebensdauer im aktiven Bereich verkürzt ist, d. h. der durch L₁ in der 8 dargestellte Bereich, wird vorzugsweise grob doppelt so groß wie die Diffusionslänge der Löcher eingestellt, die durch die Ladungsträger-Lebensdauer im Bereich 81 bestimmt ist. Wem jedoch die Ladungsträger-Lebensdauer im Anschlussbereich übermäßig kurz gemacht wird, nimmt nicht nur die Bearbeitungszeit (z. B. die Elektronenstrahl-Bestrahlungszeit) zum Verkürzen der Lebensdauer sondern auch der Leckstrom zu, wenn eine Rückwärtsspannung angelegt wird. Angesichts dieser Tatsache ist es unerwünscht, die Diffusionslänge L_P der Löcher übermäßig zu verringern, sondern sie wird vorzugsweise auf die Untergrenze von ungefähr 0,08 μs eingestellt, d. h. die Ladungsträger-Lebensdauer, bei der die Diffusionslänge ungefähr 10 μm beträgt.
Die 9 betrifft einen Verkürzungsteil für die Lebensdauer in der Dickenrichtung einer Diode als Ausführungsform der Erfindung.
Die 9(a) betrifft die Verkürzung der Lebensdauer auf der Seite A der Anodenelektrode der Diode gemäß dieser Ausführungsform. Die Ladungsträger, die sich an der Grenze zwischen dem aktiven Bereich und dem Anschlussbereich im Sperrverzugsfall konzentriert haben, sind hauptsächlich diejenigen, die in der Nähe der Anodenseite des Anschlussbereichs gespeichert sind. Da die Lebensdauer in der Nähe der Anodenseite in der Halbleiterschicht vom n^–-Leitungstyp gemäß dieser Ausführungsform verkürzt ist, ist die Dichte der in dieser Nähe gespeicherten Ladungsträger verringerbar.
Da gemäß dieser Ausführungsform die Löcher im Vergleich zum Fall der 8 leicht in den Anschlussbereich injiziert werden, sind die so eingestellten Werte L und L₁ ausreichend groß. Ge nauer gesagt, werden L und L₁ ungefähr zwei bis vier Mal größer als die Diffusionslänge L_P der Löcher in einem Bereich 91 eingestellt, in dem die Ladungsträger-Lebensdauer teilweise verkürzt ist. Ferner wird der Abstand zwischen dem Bereich 91, dessen Lebensdauer kurz ist, und dem Übergang J1 wünschenswerterweise auf ungefähr 50 μm eingestellt, um ein Ansteigen des Leckstroms zu verhindern, wenn die Rückwärtsspannung angelegt wird.
Die 9(b) betrifft das Anbringen eines Bereichs 92 mit kurzer Lebensdauer in einem Teil der Anodenseite dieser Ausführungsform. Selbst bei dieser Ausführungsform ist die Ladungsträgerdichte im Anschlussbereich verringerbar, und der kritische di/dt-Wert wird größer als bei der vorigen Ausführungsform. Da der Abschnitt mit verkürzter Lebensdauer bei dieser Ausführungsform auf der Kathodenseite liegt, wird beinahe kein Anstieg des Leckstroms verursacht. Daher ist es möglich, die Lebensdauer des Bereichs 92 kürzer als bei der Ausführungsform der 9(a) auszubilden. Demgemäß kann die Ladungsträgerdichte im Anschlussbereich verringert werden, ohne dass der Leckstrom erhöht wird, und gemäß dieser Ausführungsform kann auch die Rückwärtslänge L verkürzt werden. In diesem Fall wird der Bereich von L, L₁ gleich groß wie beider 9(a) eingestellt.
Die Technik zum teilweisen Kontrollieren der Lebensdauer in der Dickenrichtung, wie bei der Ausführungsform der 9 dargestellt, entspricht dem bekannten Protoneninjektionsverfahren.
Es erfolgte eine Beschreibung für mehrere Ausführungsformen der Erfindung, jedoch ist die Struktur des Anschlussbereichs gemäß der Erfindung nicht auf diejenigen Strukturen beschränkt, die unter Bezugnahme auf die zugehörigen Ausführungsformen beschrieben wurden. Darüber hinaus können der p- und der n-Leitungstyp, wie bei den Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, hinsichtlich der Reihenfolge umgekehrt werden.
Die 10 zeigt ein Beispiel für einen Leistungswandler unter Verwendung von die Erfindung realisierenden Dioden, und was dort dargestellt ist, ist ein Wechselrichter zum Ansteuern eines dreiphasigen Induktionsmotors.
Wie es in der 10 dargestellt ist, sind zwei Schaltelemente (z. B. IGBT₁₁ und IGBT₁₂) in Reihe geschaltet, und eine Schwungraddiode D_F ist parallel zu jedem Schaltelement geschaltet. Ferner ist eine sogenannte Überspannungsschutzschaltung S parallel zu jedem Schaltelement geschaltet, um es vor einem plötzlichen Spannungsanstieg beim Schaltvorgang zu schützen. Die Überspannungsschutzschaltung besteht aus einem Kondensator C_S, der in Reihe zu einem Parallelschaltkreis aus einer Diode D_S und einem Widerstand R_S geschaltet ist. Die Verbindungsstellen zwischen zwei Schaltelementen in einzelnen Phasen sind mit jeweiligen Wechselspannungsanschlüssen T₃, T₄, T₅ verbunden, die mit dem dreiphasigen Induktionsmotor verbunden sind. Die drei Anodenanschlüsse der Schaltelemente seitens des oberen Arms sind gemeinsam mit einem Gleichspannungsanschluss T₁ verbunden, mit dem die Hochpotenzialseite einer Gleichspannungsquelle verbunden ist. Die Kathodenelektroden der Schaltelemente seitens des unteren Arms sind gemeinsam mit einem Gleichspannungsanschluss T₂ verbunden, mit dem die Niederpotenzialseite der Gleichspannungsquelle verbunden ist. Der Schaltvorgang jedes Schaltelements in diesem Wechselrichter wird so ausgeführt, dass ein Gleichstrom in einen Wechselstrom gewandelt wird, mit dem der dreiphasige Induktionsmotor angesteuert wird.
Die 11 veranschaulicht den Betrieb des in der 10 dargestellten Wechselrichters. Eine Schaltung in der 11(a) ist ein Extrakt entsprechend einer Phase innerhalb der in der 11 dargestellten Schaltung unter Weglassung des Schaltelements IGBT des oberen Arms und der Schwungraddiode D_F des unteren Arms. Ferner ist eine Induktivität L_M die Induktivität des dreiphasigen Induktionsmotors, und Ls entspricht z. B. L_S11 m der 10.
In der 11(a) repräsentiert D_F eine erfindungsgemäße Diode, mit der das Schaltelement IGBT, die Induktivität L_M und eine Gleichspannungsversorgung I₁ verbunden sind. Ferner sind Überspannungsschutzschaltungen jeweils parallel zur Schwungraddiode D_F und zum Schaltelement IGBT über die Überspannungsschutz-Induktivität Ls geschaltet. Die Überspannungsschutzschaltung verfügt über einen Parallelschaltkreis mit einem Überspannungsschutz-Widerstand R_S und einer Überspannungsschutz-Diode D_S sowie einem Überspannungsschutz-Kondensator C_S. Ferner zeigt die 11(b) Strom- und Spannungsverläufe im Hauptteil der in der 11(a) dargestellten Schaltung. Die Symbole der Spannung und des Stroms entsprechen denen, wie sie in der 11(a) dargestellt sind.
Wenn das Schaltelement IGBT durch Anlegen einer negativen Spannung an einen Gateanschluss V_G zu einem Zeitpunkt t1 ausgeschaltet wird, wird der durch den IGBT fließende Strom Ir plötzlich schwächer. Jedoch kann ein durch die Induktivität L_A im Hauptschaltkreis und L_M als Induktivität einer Last fließende Strom nicht plötzlich abnehmen. Da die Schwungraddiode D_F mit L_M verbunden ist, fließt der durch L_M fließende Strom weiter als Strom I_D durch die Schwungraddiode. Wenn der Strom I_D als Vorwärtsstrom fließt, hat die Spannung L_M zwischen den Hauptelektroden einen kleinen Wert von einigen Vs bei ungefähr dem EIN-Spannungspegel der Diode. Wenn der durch die Induktivität L_A des Hauptschaltkreises fließende Strom durch den IGBT plötzlich abgeschaltet wird, steigt andererseits die Kollektorspannung V_IG des IGBT, so dass es zur Erzeugung einer übermäßigen Spannung im IGBT kommt. Um die Erzeugung einer derartigen übermäßigen Spannung zu verhindern, ist die Überspannungsschutzschaltung parallel zum Schaltelement geschaltet, wie es in der 11(a) dargestellt ist, um die Hochspannung zu kontrollieren.
Wenn anschließend zu einem Zeitpunkt t2 eine positive Spannung als Gatesignal V_G angelegt wird, wird der IGBT eingeschaltet, und der durch die Schwungraddiode fließende Strom I_D beginnt abzunehmen, und schließlich fließt der Sperrverzugsstrom in der negativen Richtung (der Richtung von der Kathodenelektrode K zur Anodenelektrode A). Da der Sperrverzugsstrom wegen der in der Diode gespeicherten Ladungsträger fließt, nimmt der Absolutwert des Stroms in der Richtung auf Null zu ab, wenn die Ladungsträgermenge kleiner wird, nachdem der Sperrverzugsstrom den Spitzenwert I_rp überschritten hat. Der Sperrverzugsstrom der Diode fließt auch durch die Induktivität L_A des Hauptschaltkreises, und wenn sein Absolutwert abnimmt, wird die Hochspannung an die Diode angelegt. Selbst in diesem Fall verhindert die parallel zur Schwungraddiode geschaltete Überspannungsschutzschaltung die Erzeugung der Hochspannung zwischen den Hauptanschlüssen der Diode.
Das Ausmaß der zeitlichen Variation, gemäß dem der Strom der Schwungraddiode in der Rückwärtsrichtung statt der Vorwärtsrichtung variiert, d. h. der in der 11(b) dargestellte di/dt- Wert, wird durch die im Hauptschaltkreis vorhandene Induktivität L_A und die Schaltgeschwindigkeit des Schaltelements IGBT bestimmt.
Da die Schwungraddiode gemäß der Ausführungsform bei der in den 10, 11 dargestellten Schaltung einen hervorragenden kritischen di/dt-Wert aufweist, kann die Induktivität L_A im Hauptschaltkreis abgesenkt werden, wohingegen es unnötig ist, die Schaltgeschwindigkeit der Schaltelemente zu kontrollieren. Daher ist es möglich, die Spannungsverluste des Wechselrichters zu senken, die Größe der Überspannungsschutzschaltung zu senken und Hochfrequenzbetrieb zu gewährleisten.
Im Fall einer Diode mit einer Standhaltespannung von ungefähr z. B. 4 kV wird eine typische herkömmliche Diode bei einem di/dt-Wert von ungefähr 200 A/μs zerstört, weswegen im Hauptschaltkreis eine Induktivität L_A von mindestens 7,5 μH (= 1500 (V)/200 (A/μs)) oder mehr erforderlich ist, um die Diode mit einer Versorgungsspannung von 1,5 kV zu betreiben. Wenn ein Hauptschaltkreis über eine eingebaute Schwungraddiode, einen IGBT und ein Modul mit einer Standhaltespannung von 4 kV oder mehr und Strömen im Bereich von 100 A bis einigen 1000 A aufweist, ist die Verdrahtungslänge im Hauptschaltkreis mindestens ungefähr 1 m lang. Da die Induktivität der Leiterbahn bei einer Leiterbahnlänge von 1, m normalerweise ungefähr 1 μH beträgt, muss eine Anodendrossel von ungefähr 6,5 μH in den Hauptschaltkreis eingefügt werden. Andererseits ist die Diode gemäß der Ausführungsform der Erfindung in der Klasse von 4 kV bis zu einem di/dt-Wert von 2500 A/μs oder mehr frei von einem Durchbruch. Daher kann die Induktivität auf bis zu 0,6 μH (= 1500 (V)/2500 (A/μs)) abgesenkt werden. Da dieser Wert kleiner als die Induktivität der Leiterbahn des Hauptschaltkreises ist, ist das Einfügen einer Anodendrossel in den Hauptschaltkreis überflüssig. So kann der Wechselrichter mit kleinen Abmessungen ausgebildet werden. Darüber hinaus ist die in der Induktivität des Hauptschaltkreises gespeicherte Energie verringert, und die Erzeugung einer Hochspannung kann unterdrückt werden. Demgemäß ist die Kapazität des Kondensators der Überspannungsschutzschaltung verringerbar.
Übrigens kann die Diode gemäß dieser Ausführungsform nicht nur als Schwungraddiode sondern auch als Überspannungsschutz-Diode in einer Überspannungsschutzschaltung verwendet werden. In diesem Fall ist der gewünschte Effekt auch erzielbar, da der Wert der Induktivität Ls der Überspannungsschutzschaltung verringerbar ist.
Derselbe Effekt, wie er oben beschrieben ist, wird durch die Diode gemäß dieser Ausführungsform erzielt, obwohl eine derartige Diode in einem Wechselrichter zum Ansteuern eines dreiphasigen Induktionsmotors und bei irgendwelchen anderen Wechselrichtern oder Gleichrichtern verwendet wird.
Gemäß der Erfindung ist eine Diode mit einem großen kritischen di/dt-Wert erzielbar. Wenn die erfindungsgemäße Diode in einem Leistungswandler verwendet wird, kann dieser mit kleinen Abmessungen ausgebildet werden, und es kann auch die Erzeugung einer Überspannung unterdrückt werden.

Claims

Diode mit einer ersten Halbleiterschicht (14) eines ersten Leitungstyps, einer in der ersten Halbleiterschicht vorgesehenen zweiten Halbleiterschicht (11) eines zweiten Leitungstyps, einer mit der ersten Halbleiterschicht elektrisch verbundenen ersten Hauptelektrode (17) und einer zweiten Hauptelektrode (16), die die zweite Halbleiterschicht in einem Kontaktbereich innerhalb eines Randteils eines Übergangsbereichs zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht kontaktiert, wobei der Randteil am Rand des zweiten Halbleiterbereichs liegt, dadurch gekennzeichnet, dass der kürzeste seitliche Abstand (L) zwischen dem Kontaktbereich und dem Randteil des Übergangs nicht kürzer ist als die Diffusionslänge von Minoritätsträgern in der ersten Halbleiterschicht.
Diode nach Anspruch 1, wobei die Diffusionslänge aus der Beziehung zwischen der Vorwärtsspannung zwischen der ersten und der zweiten Hauptelektrode bei einer Stromdichte von 100 A/cm^–2 und dem Verhältnis zwischen der Diffusionslänge von Löchern in der ersten Halbleiterschicht (14) und der Dicke der ersten Halbleiterschicht (14) erhalten wird.
Diode nach Anspruch 1, wobei der Kontaktbereich zwischen der zweiten Halbleiterschicht (11) und der zweiten Hauptelektrode (16) liegt und der Abstand (L) zwischen dem Kontaktbereich und dem Randteil des Übergangs in einem linearen Bereich in einem Endabschnitt der zweiten Halbleiterschicht (11) größer ist als in einem Eckbereich in diesem Endabschnitt.
Diode nach Anspruch 1 mit einer die zweite Hauptelektrode (16) kontaktierenden dritten Halbleiterschicht (62) des zweiten Leitungstyps, die eine niedrigere Störstoffkonzentration hat als die zweite Halbleiterschicht (11).
Diode nach Anspruch 1 mit einer die erste Hauptelektrode (17) kontaktierenden vierten Halbleiterschicht (71) des zweiten Leitungstyps.
Diode nach Anspruch 1 mit einem die zweite Halbleiterschicht jenseits des Randteils des Übergangsbereichs umgebenden Abschlussbereich, wobei die Lebensdauer von Minoritätsträgern in einem zwischen dem Abschlussbereich und dem Übergangsbereich gelegenen Abschnitt (81) der ersten Halbleiterschicht kürzer ist als in einem senkrechten Projektionsteil des Kontaktbereichs.
Diode nach Anspruch 6, wobei ein Bereich (92) der ersten Halbleiterschicht (14) auf der der ersten Hauptelektrode (17) zugewandten Seite der ersten Halbleiterschicht angeordnet ist.
Diode nach Anspruch 6, wobei ein weiterer Bereich (91) der ersten Halbleiterschicht auf der der zweiten Hauptelektrode zugewandten Seite der ersten Halbleiterschicht angeordnet ist.
Leistungswandler mit einer Parallelschaltung aus Schaltelementen und Dioden nach einem der vorhergehenden Ansprüche.