JP2001196606A - ダイオード - Google Patents
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 逆回復動作時のエネルギー損失量を抑制し、
かつ、逆バイアス電圧の値が大きい場合であっても印加
電圧が振動しにくいダイオードを実現する。 【解決手段】 シリコン等の半導体基板内にＮ層１０１
と、Ｐ層１０２とを形成する。そしてさらに、Ｎ層１０
１のうち逆バイアス電圧印加時の空乏層が及ばない位置
に、カソード電極１０５に面してカソード側Ｐ層１０３
をも形成する。カソード側Ｐ層１０３を設けることで、
逆回復動作時の逆方向電流の電流密度を増加させること
ができ、ダイオードの抵抗成分の急変を防止し、電圧発
振の発生を抑制することができる。なお、カソード側Ｐ
層１０３の径Ｗは略４００μｍ以下、カソード面におい
てカソード側Ｐ層１０３の占める面積割合は略２／５以
下に留める。そうすれば、順方向電圧および逆回復動作
時のエネルギー損失量を増大させることなく、かつ、電
圧発振を抑制することができる。
かつ、逆バイアス電圧の値が大きい場合であっても印加
電圧が振動しにくいダイオードを実現する。 【解決手段】 シリコン等の半導体基板内にＮ層１０１
と、Ｐ層１０２とを形成する。そしてさらに、Ｎ層１０
１のうち逆バイアス電圧印加時の空乏層が及ばない位置
に、カソード電極１０５に面してカソード側Ｐ層１０３
をも形成する。カソード側Ｐ層１０３を設けることで、
逆回復動作時の逆方向電流の電流密度を増加させること
ができ、ダイオードの抵抗成分の急変を防止し、電圧発
振の発生を抑制することができる。なお、カソード側Ｐ
層１０３の径Ｗは略４００μｍ以下、カソード面におい
てカソード側Ｐ層１０３の占める面積割合は略２／５以
下に留める。そうすれば、順方向電圧および逆回復動作
時のエネルギー損失量を増大させることなく、かつ、電
圧発振を抑制することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ＩＧＢＴ（Insu
lated Gate Bipolar Transister）やＧＣＴ（Gate Comm
utated Turn-off Thyristor）等の高耐圧パワー用半導
体素子に付随して用いられる環流用ダイオードや電圧ク
ランプ用ダイオード等の、高耐圧かつ速やかな逆回復特
性を要求されるダイオードに関する。
lated Gate Bipolar Transister）やＧＣＴ（Gate Comm
utated Turn-off Thyristor）等の高耐圧パワー用半導
体素子に付随して用いられる環流用ダイオードや電圧ク
ランプ用ダイオード等の、高耐圧かつ速やかな逆回復特
性を要求されるダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】図８は、従来のダイオードの断面構造を
示した図である。このダイオードは、シリコン等の半導
体基板内に形成されたＮ層５０１と、Ｎ層５０１に隣接
して形成されたＰ層５０２と、Ｐ層５０２の反対側のＮ
層５０１に隣接して形成され、Ｎ層５０１よりも不純物
濃度の高いＮ+層５０３と、アノード電極５０４と、カ
ソード電極５０５とを備えている。なお、Ｎ+層５０３
は、キャリア濃度を増加させてダイオードを薄型化する
ために設けられる。Ｐ層５０２付近ではなくカソード電
極５０５側に設けられる理由は、空乏化する部分を避け
て効果的にキャリア濃度を増加させるためである。
示した図である。このダイオードは、シリコン等の半導
体基板内に形成されたＮ層５０１と、Ｎ層５０１に隣接
して形成されたＰ層５０２と、Ｐ層５０２の反対側のＮ
層５０１に隣接して形成され、Ｎ層５０１よりも不純物
濃度の高いＮ+層５０３と、アノード電極５０４と、カ
ソード電極５０５とを備えている。なお、Ｎ+層５０３
は、キャリア濃度を増加させてダイオードを薄型化する
ために設けられる。Ｐ層５０２付近ではなくカソード電
極５０５側に設けられる理由は、空乏化する部分を避け
て効果的にキャリア濃度を増加させるためである。
【０００３】さて、電流が順方向に流れているダイオー
ドに対して、外部回路の瞬間的な切り替えによって逆バ
イアス電圧を加えると、電流は０に低下するのみなら
ず、ある期間だけ逆方向に大きな電流が流れてしまう。
これは、ダイオードに蓄積された少数キャリアが移動す
ることから生じる過渡的な現象である。この逆方向電流
は、印加される逆バイアス電圧の値と外部回路のインダ
クタンスの値とをパラメータとする減少率で減少し、Ｐ
Ｎ接合近傍の過剰キャリアがある濃度以下に減少して空
乏層が形成されるまで継続する。なお、この逆方向電流
に逆バイアス電圧値を乗じて時間積分した値が、逆回復
動作時に消費されるエネルギー損失量である。
ドに対して、外部回路の瞬間的な切り替えによって逆バ
イアス電圧を加えると、電流は０に低下するのみなら
ず、ある期間だけ逆方向に大きな電流が流れてしまう。
これは、ダイオードに蓄積された少数キャリアが移動す
ることから生じる過渡的な現象である。この逆方向電流
は、印加される逆バイアス電圧の値と外部回路のインダ
クタンスの値とをパラメータとする減少率で減少し、Ｐ
Ｎ接合近傍の過剰キャリアがある濃度以下に減少して空
乏層が形成されるまで継続する。なお、この逆方向電流
に逆バイアス電圧値を乗じて時間積分した値が、逆回復
動作時に消費されるエネルギー損失量である。
【０００４】さて、逆回復特性の向上を目的として、Ｎ
層５０１とＰ層５０２との境界面に形成されるＰＮ接合
近傍にプロトンの照射等が行われることが多い。これに
よりキャリアの再結合中心が形成され、キャリアのライ
フタイムが短くなるよう制御される。また、半導体基板
全体に対しても重金属の拡散や電子線の照射等が行わ
れ、同様にキャリアのライフタイムが制御される。キャ
リアのライフタイムが短くなれば蓄積される少数キャリ
ア数が減少し、逆方向電流の値を抑制することができ
る。
層５０１とＰ層５０２との境界面に形成されるＰＮ接合
近傍にプロトンの照射等が行われることが多い。これに
よりキャリアの再結合中心が形成され、キャリアのライ
フタイムが短くなるよう制御される。また、半導体基板
全体に対しても重金属の拡散や電子線の照射等が行わ
れ、同様にキャリアのライフタイムが制御される。キャ
リアのライフタイムが短くなれば蓄積される少数キャリ
ア数が減少し、逆方向電流の値を抑制することができ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来のダ
イオードにおいては、ＰＮ接合近傍のキャリアのライフ
タイムを短く制御することで逆回復動作時の電流を小さ
くすることができ、エネルギー損失量を抑制することが
できる。
イオードにおいては、ＰＮ接合近傍のキャリアのライフ
タイムを短く制御することで逆回復動作時の電流を小さ
くすることができ、エネルギー損失量を抑制することが
できる。
【０００６】しかし、逆回復動作時の逆バイアス電圧の
値が大きい場合、ダイオードへの印加電圧が急激に振動
し、周辺の電気機器に誤動作をもたらすようなＥＭＩ
（Electro-Magnetic Interference）ノイズを発生させ
やすいという問題がある。この電圧変動は以下のように
して発生すると考えられる。
値が大きい場合、ダイオードへの印加電圧が急激に振動
し、周辺の電気機器に誤動作をもたらすようなＥＭＩ
（Electro-Magnetic Interference）ノイズを発生させ
やすいという問題がある。この電圧変動は以下のように
して発生すると考えられる。
【０００７】すなわち、逆回復動作時のダイオードは、
空乏層の距離と過剰キャリア数とをパラメータとする容
量成分、並びに、印加した逆バイアス電圧の値と漏れ電
流および過剰キャリアの移動による電流の値とをパラメ
ータとする抵抗成分を有する。ダイオードの有するこの
容量成分および抵抗成分に、逆バイアス電圧印加用の外
部回路が有するインダクタンス成分が加わることで、Ｌ
ＣＲ直列回路が形成される。ダイオードの有する容量成
分および抵抗成分は空乏層の拡大とともに時間的に変化
するが、空乏層が生じることで過剰キャリアの濃度分布
が変化すると特に抵抗成分が急激に増加する。この容量
成分及び抵抗成分の変化によりＬＣＲ直列回路の固有振
動条件に達してしまうと、電圧発振が発生するのであ
る。
空乏層の距離と過剰キャリア数とをパラメータとする容
量成分、並びに、印加した逆バイアス電圧の値と漏れ電
流および過剰キャリアの移動による電流の値とをパラメ
ータとする抵抗成分を有する。ダイオードの有するこの
容量成分および抵抗成分に、逆バイアス電圧印加用の外
部回路が有するインダクタンス成分が加わることで、Ｌ
ＣＲ直列回路が形成される。ダイオードの有する容量成
分および抵抗成分は空乏層の拡大とともに時間的に変化
するが、空乏層が生じることで過剰キャリアの濃度分布
が変化すると特に抵抗成分が急激に増加する。この容量
成分及び抵抗成分の変化によりＬＣＲ直列回路の固有振
動条件に達してしまうと、電圧発振が発生するのであ
る。
【０００８】また、空乏層がＮ+層５０３に到達するこ
とで抵抗成分が急変し、これがトリガーとなって電圧発
振を引き起こすとも考えられる。
とで抵抗成分が急変し、これがトリガーとなって電圧発
振を引き起こすとも考えられる。
【０００９】この発明は、上記の課題を解決するために
なされたものであり、逆回復動作時のエネルギー損失量
を抑制し、かつ、逆バイアス電圧の値が大きい場合であ
っても印加電圧が振動しにくいダイオードを実現するも
のである。
なされたものであり、逆回復動作時のエネルギー損失量
を抑制し、かつ、逆バイアス電圧の値が大きい場合であ
っても印加電圧が振動しにくいダイオードを実現するも
のである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、第１の主面および前記第１の主面に対向する第２の
主面を有する半導体基板と、前記第１の主面に面して前
記半導体基板内に形成された第１の導電型の第１の半導
体領域と、前記第１の半導体領域に隣接しつつ前記第２
の主面に面して前記半導体基板内に形成された第２の導
電型の第２の半導体領域と、逆バイアス電圧が印加され
たときに前記第１および第２の半導体領域の境界面から
伸展する空乏層の及ばない前記第２の半導体領域内の前
記第２の主面に面した位置に形成された前記第１の導電
型の少なくとも一つの第３の半導体領域と、前記第１の
主面上に形成された第１の電極と、前記第２の主面上に
形成された第２の電極とを備えるダイオードである。
は、第１の主面および前記第１の主面に対向する第２の
主面を有する半導体基板と、前記第１の主面に面して前
記半導体基板内に形成された第１の導電型の第１の半導
体領域と、前記第１の半導体領域に隣接しつつ前記第２
の主面に面して前記半導体基板内に形成された第２の導
電型の第２の半導体領域と、逆バイアス電圧が印加され
たときに前記第１および第２の半導体領域の境界面から
伸展する空乏層の及ばない前記第２の半導体領域内の前
記第２の主面に面した位置に形成された前記第１の導電
型の少なくとも一つの第３の半導体領域と、前記第１の
主面上に形成された第１の電極と、前記第２の主面上に
形成された第２の電極とを備えるダイオードである。
【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のダイオードであって、前記第２の半導体領域において
前記第１の半導体領域側よりも前記第２の主面側の方が
不純物濃度が高いダイオードである。
のダイオードであって、前記第２の半導体領域において
前記第１の半導体領域側よりも前記第２の主面側の方が
不純物濃度が高いダイオードである。
【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項１または
請求項２に記載のダイオードであって、前記第３の半導
体領域の前記第２の主面に面した部分の径が略４００μ
ｍ以下であるダイオードである。
請求項２に記載のダイオードであって、前記第３の半導
体領域の前記第２の主面に面した部分の径が略４００μ
ｍ以下であるダイオードである。
【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項１ないし
請求項３のいずれかに記載のダイオードであって、前記
第３の半導体領域の前記第２の主面に面した部分の面積
の合計が前記第２の主面の面積の略２／５以下であるダ
イオードである。
請求項３のいずれかに記載のダイオードであって、前記
第３の半導体領域の前記第２の主面に面した部分の面積
の合計が前記第２の主面の面積の略２／５以下であるダ
イオードである。
【００１４】請求項５に記載の発明は、第１の主面およ
び前記第１の主面に対向する第２の主面を有する半導体
基板と、前記第１の主面に面して前記半導体基板内に形
成された第１の導電型の第１の半導体領域と、前記第１
の半導体領域に隣接しつつ前記第２の主面に面して前記
半導体基板内に形成された第２の導電型の第２の半導体
領域と、前記第２の主面に面して前記第２の半導体領域
内に形成された前記第１の導電型の少なくとも一つの第
３の半導体領域と、前記第１の主面上に形成された第１
の電極と、前記第２の主面上に形成された第２の電極と
を備え、前記第３の半導体領域の前記第２の主面に面し
た部分の径が略４００μｍ以下であるダイオードであ
る。
び前記第１の主面に対向する第２の主面を有する半導体
基板と、前記第１の主面に面して前記半導体基板内に形
成された第１の導電型の第１の半導体領域と、前記第１
の半導体領域に隣接しつつ前記第２の主面に面して前記
半導体基板内に形成された第２の導電型の第２の半導体
領域と、前記第２の主面に面して前記第２の半導体領域
内に形成された前記第１の導電型の少なくとも一つの第
３の半導体領域と、前記第１の主面上に形成された第１
の電極と、前記第２の主面上に形成された第２の電極と
を備え、前記第３の半導体領域の前記第２の主面に面し
た部分の径が略４００μｍ以下であるダイオードであ
る。
【００１５】請求項６に記載の発明は、第１の主面およ
び前記第１の主面に対向する第２の主面を有する半導体
基板と、前記第１の主面に面して前記半導体基板内に形
成された第１の導電型の第１の半導体領域と、前記第１
の半導体領域に隣接しつつ前記第２の主面に面して前記
半導体基板内に形成された第２の導電型の第２の半導体
領域と、前記第２の主面に面して前記第２の半導体領域
内に形成された前記第１の導電型の少なくとも一つの第
３の半導体領域と、前記第１の主面上に形成された第１
の電極と、前記第２の主面上に形成された第２の電極と
を備え、前記第３の半導体領域の前記第２の主面に面し
た部分の面積の合計が前記第２の主面の面積の略２／５
以下であるダイオードである。
び前記第１の主面に対向する第２の主面を有する半導体
基板と、前記第１の主面に面して前記半導体基板内に形
成された第１の導電型の第１の半導体領域と、前記第１
の半導体領域に隣接しつつ前記第２の主面に面して前記
半導体基板内に形成された第２の導電型の第２の半導体
領域と、前記第２の主面に面して前記第２の半導体領域
内に形成された前記第１の導電型の少なくとも一つの第
３の半導体領域と、前記第１の主面上に形成された第１
の電極と、前記第２の主面上に形成された第２の電極と
を備え、前記第３の半導体領域の前記第２の主面に面し
た部分の面積の合計が前記第２の主面の面積の略２／５
以下であるダイオードである。
【００１６】請求項７に記載の発明は、請求項５または
請求項６に記載のダイオードであって、前記第２の半導
体領域において前記第１の半導体領域側よりも前記第２
の主面側の方が不純物濃度が高いダイオードである。
請求項６に記載のダイオードであって、前記第２の半導
体領域において前記第１の半導体領域側よりも前記第２
の主面側の方が不純物濃度が高いダイオードである。
【００１７】
【発明の実施の形態】＜実施の形態１＞本発明に係るダ
イオードは、カソード側のＮ層のうち空乏層が及ばない
位置に少なくとも一つのＰ層を設けることにより逆回復
動作時の逆方向電流を増加させ、ダイオードの抵抗成分
の急変を防止し、電圧発振の発生を防ぐものである。
イオードは、カソード側のＮ層のうち空乏層が及ばない
位置に少なくとも一つのＰ層を設けることにより逆回復
動作時の逆方向電流を増加させ、ダイオードの抵抗成分
の急変を防止し、電圧発振の発生を防ぐものである。
【００１８】図１は、この発明の実施の形態１に係るダ
イオードを示す断面図である。このダイオードは、シリ
コン等の半導体基板内に形成されたＮ層１０１と、Ｎ層
１０１に隣接して形成されたＰ層１０２と、アノード電
極１０４と、カソード電極１０５とを備えている。そし
てさらに、Ｎ層１０１のうち逆バイアス電圧印加時にＮ
層１０１およびＰ層１０２の境界面から伸展する空乏層
が及ばない位置に、カソード電極１０５に面して形成さ
れたカソード側Ｐ層１０３をも備えている。カソード側
Ｐ層１０３を、Ｎ層１０１のうち逆バイアス電圧印加時
の空乏層が及ばない位置に設ける理由は、空乏層がカソ
ード側Ｐ層１０３にまで到達してダイオードにパンチス
ルー電流が流れ、整流作用を低下させることを防ぐため
である。なお、図２は図１における切断線Ｘ−Ｘにおけ
る断面を上から見た図である。
イオードを示す断面図である。このダイオードは、シリ
コン等の半導体基板内に形成されたＮ層１０１と、Ｎ層
１０１に隣接して形成されたＰ層１０２と、アノード電
極１０４と、カソード電極１０５とを備えている。そし
てさらに、Ｎ層１０１のうち逆バイアス電圧印加時にＮ
層１０１およびＰ層１０２の境界面から伸展する空乏層
が及ばない位置に、カソード電極１０５に面して形成さ
れたカソード側Ｐ層１０３をも備えている。カソード側
Ｐ層１０３を、Ｎ層１０１のうち逆バイアス電圧印加時
の空乏層が及ばない位置に設ける理由は、空乏層がカソ
ード側Ｐ層１０３にまで到達してダイオードにパンチス
ルー電流が流れ、整流作用を低下させることを防ぐため
である。なお、図２は図１における切断線Ｘ−Ｘにおけ
る断面を上から見た図である。
【００１９】このようにＮ層１０１の内部にカソード側
Ｐ層１０３を備える構造とすると、逆バイアス電圧の印
加時にはカソード側Ｐ層１０３内の正孔がＮ層１０１へ
と注入される。そして、注入された正孔は、Ｎ層１０１
における少数キャリア濃度を高め、Ｎ層１０１において
空乏層が拡大する速度を抑制する作用を有する。見方を
変えればこのことは、逆回復動作時に逆方向電流の電流
密度をある程度増加させ、ダイオードの逆回復動作時の
抵抗成分を低下させているとも言える。
Ｐ層１０３を備える構造とすると、逆バイアス電圧の印
加時にはカソード側Ｐ層１０３内の正孔がＮ層１０１へ
と注入される。そして、注入された正孔は、Ｎ層１０１
における少数キャリア濃度を高め、Ｎ層１０１において
空乏層が拡大する速度を抑制する作用を有する。見方を
変えればこのことは、逆回復動作時に逆方向電流の電流
密度をある程度増加させ、ダイオードの逆回復動作時の
抵抗成分を低下させているとも言える。
【００２０】すなわち、上記のような構造とすれば、ダ
イオードの逆回復動作時の抵抗成分を低下させてＬＣＲ
直列回路の固有振動条件に到達しにくくすることがで
き、電圧発振の発生を抑制することができる。
イオードの逆回復動作時の抵抗成分を低下させてＬＣＲ
直列回路の固有振動条件に到達しにくくすることがで
き、電圧発振の発生を抑制することができる。
【００２１】ただし、Ｎ層１０１の内部にカソード側Ｐ
層１０３を備える構造とすると、ダイオードの順バイア
ス時には、Ｎ層１０１とカソード側Ｐ層１０３との間で
は逆バイアスとなってしまうので、順バイアス時にダイ
オードを動作させるのに必要な順方向電圧が増加してし
まうことが考えられる。
層１０３を備える構造とすると、ダイオードの順バイア
ス時には、Ｎ層１０１とカソード側Ｐ層１０３との間で
は逆バイアスとなってしまうので、順バイアス時にダイ
オードを動作させるのに必要な順方向電圧が増加してし
まうことが考えられる。
【００２２】また、カソード側Ｐ層１０３が設けられる
ことにより、電圧発振の大きさをどの程度抑制できるの
か、についても知る必要がある。さらに、カソード側Ｐ
層１０３によって、逆回復動作時のエネルギー損失量の
値にも影響が出ることが考えられる。
ことにより、電圧発振の大きさをどの程度抑制できるの
か、についても知る必要がある。さらに、カソード側Ｐ
層１０３によって、逆回復動作時のエネルギー損失量の
値にも影響が出ることが考えられる。
【００２３】そこで、本願発明者らは、順方向電圧Ｖ
f、逆回復動作時のエネルギー損失量Ｅrecおよび電圧発
振の大きさＶP-P（発振の大きさはピークからピークま
での電圧の差とする）のそれぞれとカソード側Ｐ層１０
３の径Ｗとの関係についてシミュレーションを行い、定
量的な分析を行った。その結果を示すのが、表１および
図３〜図５である。なお、これらの結果は、カソード側
Ｐ層１０３の径Ｗが４００μｍの時の各データを基準と
して、それとの相対比を示したものである。また、カソ
ード側Ｐ層１０３の径Ｗが０μｍの時の各データは、カ
ソード側Ｐ層１０３を有しない従来の構造のダイオード
におけるデータである。
f、逆回復動作時のエネルギー損失量Ｅrecおよび電圧発
振の大きさＶP-P（発振の大きさはピークからピークま
での電圧の差とする）のそれぞれとカソード側Ｐ層１０
３の径Ｗとの関係についてシミュレーションを行い、定
量的な分析を行った。その結果を示すのが、表１および
図３〜図５である。なお、これらの結果は、カソード側
Ｐ層１０３の径Ｗが４００μｍの時の各データを基準と
して、それとの相対比を示したものである。また、カソ
ード側Ｐ層１０３の径Ｗが０μｍの時の各データは、カ
ソード側Ｐ層１０３を有しない従来の構造のダイオード
におけるデータである。
【００２４】
【表１】
【００２５】まず、順方向電圧Ｖfについては、径Ｗが
増加するにしたがって単純増加することが図３から分か
る。ただし、その増加の仕方は、４００μｍ付近以上に
なると勾配が急となっており、その領域では順バイアス
時にダイオードを動作させるために必要となる電圧が大
きいといえる。よって図３からは、順方向電圧Ｖfの増
加の割合の小さい略４００μｍ以下の値が、カソード側
Ｐ層１０３の径Ｗとして適当であるといえる。
増加するにしたがって単純増加することが図３から分か
る。ただし、その増加の仕方は、４００μｍ付近以上に
なると勾配が急となっており、その領域では順バイアス
時にダイオードを動作させるために必要となる電圧が大
きいといえる。よって図３からは、順方向電圧Ｖfの増
加の割合の小さい略４００μｍ以下の値が、カソード側
Ｐ層１０３の径Ｗとして適当であるといえる。
【００２６】また、逆回復動作時のエネルギー損失量Ｅ
recについては、径Ｗが増加するにしたがって減少する
ことが図４から分かる。ただし、その減少傾向は径Ｗが
３００μｍ程度を超えると増加に転じ、４００μｍ以上
になるとほぼ一定の値で推移する。よって、この図４か
ら判断すれば、エネルギー損失量Ｅrecの値が最も小さ
くなる３００μｍ程度がカソード側Ｐ層１０３の径Ｗと
して適当である。しかし、従来のダイオード（０μｍの
時のデータ）に比べれば、径Ｗの値の如何にかかわらず
カソード側Ｐ層１０３を設けることでエネルギー損失量
Ｅrecの値は減少しているといえるので、径Ｗは３００
μｍ付近の値に限られるものではない。
recについては、径Ｗが増加するにしたがって減少する
ことが図４から分かる。ただし、その減少傾向は径Ｗが
３００μｍ程度を超えると増加に転じ、４００μｍ以上
になるとほぼ一定の値で推移する。よって、この図４か
ら判断すれば、エネルギー損失量Ｅrecの値が最も小さ
くなる３００μｍ程度がカソード側Ｐ層１０３の径Ｗと
して適当である。しかし、従来のダイオード（０μｍの
時のデータ）に比べれば、径Ｗの値の如何にかかわらず
カソード側Ｐ層１０３を設けることでエネルギー損失量
Ｅrecの値は減少しているといえるので、径Ｗは３００
μｍ付近の値に限られるものではない。
【００２７】また、電圧発振の大きさＶP-Pについて
は、径Ｗが増加するにしたがって減少することが図５か
ら分かる。ただし、その減少傾向は、径Ｗが４００μｍ
程度を超えると鈍り、電圧発振の大きさＶP-Pがそれほ
ど大きくは減少しない（なお、図５においては、電圧発
振の大きさＶP-Pを対数目盛りで表示している）。この
ことから、カソード側Ｐ層１０３の径Ｗを４００μｍ程
度またはそれ以上とすることが望ましいと言える。しか
し、従来のダイオード（０μｍの時のデータ）に比べれ
ば、径Ｗの値の如何にかかわらずカソード側Ｐ層１０３
を設けることで電圧発振の大きさＶP-Pの値は減少して
おり、特に４００μｍ以下の部分ではその減少の傾向が
著しいことから、径Ｗは４００μｍ以下の値であっても
充分に電圧発振を抑制できるといえる。
は、径Ｗが増加するにしたがって減少することが図５か
ら分かる。ただし、その減少傾向は、径Ｗが４００μｍ
程度を超えると鈍り、電圧発振の大きさＶP-Pがそれほ
ど大きくは減少しない（なお、図５においては、電圧発
振の大きさＶP-Pを対数目盛りで表示している）。この
ことから、カソード側Ｐ層１０３の径Ｗを４００μｍ程
度またはそれ以上とすることが望ましいと言える。しか
し、従来のダイオード（０μｍの時のデータ）に比べれ
ば、径Ｗの値の如何にかかわらずカソード側Ｐ層１０３
を設けることで電圧発振の大きさＶP-Pの値は減少して
おり、特に４００μｍ以下の部分ではその減少の傾向が
著しいことから、径Ｗは４００μｍ以下の値であっても
充分に電圧発振を抑制できるといえる。
【００２８】以上のことを総合的に判断すれば、カソー
ド側Ｐ層１０３の径Ｗを略４００μｍ以下に設定するこ
とが適当であると言える。
ド側Ｐ層１０３の径Ｗを略４００μｍ以下に設定するこ
とが適当であると言える。
【００２９】また、本願発明者らは、順方向電圧Ｖfお
よび逆回復動作時のエネルギー損失量Ｅrecのそれぞれ
とカソード側Ｐ層１０３のカソード電極面を占める合計
面積の割合との関係についてもシミュレーションを行っ
た。その結果を示すのが、表２および図６である。な
お、これらの結果は、カソード側Ｐ層１０３の面積割合
が３７．５％の時の各データを基準として、それとの相
対比を示したものである。
よび逆回復動作時のエネルギー損失量Ｅrecのそれぞれ
とカソード側Ｐ層１０３のカソード電極面を占める合計
面積の割合との関係についてもシミュレーションを行っ
た。その結果を示すのが、表２および図６である。な
お、これらの結果は、カソード側Ｐ層１０３の面積割合
が３７．５％の時の各データを基準として、それとの相
対比を示したものである。
【００３０】
【表２】
【００３１】順方向電圧Ｖfについては、面積割合が増
加するにしたがって単純増加することが図６から分か
る。ただし、その増加の仕方は、４０％付近以上になる
と勾配が急となっており、その領域では順バイアス時に
ダイオードを動作させるために必要となる電圧が大きい
といえる。よって図６からは、順方向電圧Ｖfの増加の
割合の小さい略４０％（＝２／５）以下の値が、カソー
ド側Ｐ層１０３の面積割合として適当であるといえる。
加するにしたがって単純増加することが図６から分か
る。ただし、その増加の仕方は、４０％付近以上になる
と勾配が急となっており、その領域では順バイアス時に
ダイオードを動作させるために必要となる電圧が大きい
といえる。よって図６からは、順方向電圧Ｖfの増加の
割合の小さい略４０％（＝２／５）以下の値が、カソー
ド側Ｐ層１０３の面積割合として適当であるといえる。
【００３２】また、逆回復動作時のエネルギー損失量Ｅ
recについては、面積割合が増加するにしたがって減少
することが図６から分かる。よって、この図６から判断
すれば、カソード側Ｐ層１０３の面積割合が大きいほ
ど、エネルギー損失量Ｅrecの値が小さくなり望まし
い。しかし、その減少傾向は面積割合が大きくなればな
るほど緩やかになっていることから、面積割合を必要以
上に大きな値にしなくても、逆回復動作時のエネルギー
損失量Ｅrecを効果的に抑制することができるとも言え
る。
recについては、面積割合が増加するにしたがって減少
することが図６から分かる。よって、この図６から判断
すれば、カソード側Ｐ層１０３の面積割合が大きいほ
ど、エネルギー損失量Ｅrecの値が小さくなり望まし
い。しかし、その減少傾向は面積割合が大きくなればな
るほど緩やかになっていることから、面積割合を必要以
上に大きな値にしなくても、逆回復動作時のエネルギー
損失量Ｅrecを効果的に抑制することができるとも言え
る。
【００３３】以上のことを総合的に判断すれば、カソー
ド側Ｐ層１０３のカソード電極面を占める合計面積の割
合を略２／５以下に設定することが適当であると言え
る。
ド側Ｐ層１０３のカソード電極面を占める合計面積の割
合を略２／５以下に設定することが適当であると言え
る。
【００３４】なお、以上のシミュレーション結果は、カ
ソード側Ｐ層１０３の厚さを略３０μｍと設定して得ら
れたものである。この３０μｍという値は、事前に行っ
た耐圧シミュレーションの結果より最適化して得られた
ものである。
ソード側Ｐ層１０３の厚さを略３０μｍと設定して得ら
れたものである。この３０μｍという値は、事前に行っ
た耐圧シミュレーションの結果より最適化して得られた
ものである。
【００３５】本実施の形態に係るダイオードを用いれ
ば、Ｎ層１０１のうちＮ層１０１内に発生する空乏層が
及ばない位置に少なくとも一つのカソード側Ｐ層１０３
を形成しているので、逆回復動作時の逆方向電流の電流
密度を増加させることができ、ダイオードの抵抗成分の
急変を防止し、電圧発振の発生を抑制することができ
る。また、カソード側Ｐ層１０３のカソード電極面に面
した部分の径Ｗを略４００μｍ以下とすることで、順方
向電圧Ｖfおよび逆回復動作時のエネルギー損失量Ｅrec
を増大させることなく、かつ、電圧発振を抑制すること
ができる。さらに、カソード側Ｐ層１０３のカソード電
極面に面した部分の面積の合計をカソード電極面の面積
の略２／５以下とすることで、順方向電圧Ｖfを増大さ
せることなく、かつ、逆回復動作時のエネルギー損失量
Ｅrecを効果的に抑制することができる。
ば、Ｎ層１０１のうちＮ層１０１内に発生する空乏層が
及ばない位置に少なくとも一つのカソード側Ｐ層１０３
を形成しているので、逆回復動作時の逆方向電流の電流
密度を増加させることができ、ダイオードの抵抗成分の
急変を防止し、電圧発振の発生を抑制することができ
る。また、カソード側Ｐ層１０３のカソード電極面に面
した部分の径Ｗを略４００μｍ以下とすることで、順方
向電圧Ｖfおよび逆回復動作時のエネルギー損失量Ｅrec
を増大させることなく、かつ、電圧発振を抑制すること
ができる。さらに、カソード側Ｐ層１０３のカソード電
極面に面した部分の面積の合計をカソード電極面の面積
の略２／５以下とすることで、順方向電圧Ｖfを増大さ
せることなく、かつ、逆回復動作時のエネルギー損失量
Ｅrecを効果的に抑制することができる。
【００３６】＜実施の形態２＞本実施の形態は、実施の
形態１に係るダイオードの変形例である。
形態１に係るダイオードの変形例である。
【００３７】図７は、この発明の実施の形態２に係るダ
イオードを示す図である。なお、図７では実施の形態１
に係るダイオードと同様の機能を有する要素については
同一符号を付している。図７に示すように、本実施の形
態のダイオードでは、Ｎ層１０１のうちカソード電極１
０５側に、Ｎ層１０１よりも不純物濃度が高いＮ+層２
０１を設けている。
イオードを示す図である。なお、図７では実施の形態１
に係るダイオードと同様の機能を有する要素については
同一符号を付している。図７に示すように、本実施の形
態のダイオードでは、Ｎ層１０１のうちカソード電極１
０５側に、Ｎ層１０１よりも不純物濃度が高いＮ+層２
０１を設けている。
【００３８】本実施の形態に係るダイオードを用いれ
ば、Ｎ+層２０１を設けるので、従来のダイオードにお
けるＮ+層５０３を設けた場合と同様に、空乏化する部
分を避けて効果的にキャリア濃度を増加させてダイオー
ドを薄型化することができる。またさらに、キャリア濃
度が増加することから、Ｎ+層２０１とカソード側Ｐ層
１０３との間での逆回復動作時の逆方向電流をより増加
させることができ、ダイオードの抵抗成分の急変と電圧
発振の発生とをより確実に防ぐことができる。
ば、Ｎ+層２０１を設けるので、従来のダイオードにお
けるＮ+層５０３を設けた場合と同様に、空乏化する部
分を避けて効果的にキャリア濃度を増加させてダイオー
ドを薄型化することができる。またさらに、キャリア濃
度が増加することから、Ｎ+層２０１とカソード側Ｐ層
１０３との間での逆回復動作時の逆方向電流をより増加
させることができ、ダイオードの抵抗成分の急変と電圧
発振の発生とをより確実に防ぐことができる。
【００３９】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、逆バイ
アス電圧が印加されたときに第１および第２の半導体領
域の境界面から伸展する空乏層の及ばない第２の半導体
領域内の第２の主面に面した位置に少なくとも一つの第
３の半導体領域を形成しているので、逆回復動作時の逆
方向電流の電流密度を増加させることができ、ダイオー
ドの抵抗成分の急変を防止し、電圧発振の発生を抑制す
ることができる。
アス電圧が印加されたときに第１および第２の半導体領
域の境界面から伸展する空乏層の及ばない第２の半導体
領域内の第２の主面に面した位置に少なくとも一つの第
３の半導体領域を形成しているので、逆回復動作時の逆
方向電流の電流密度を増加させることができ、ダイオー
ドの抵抗成分の急変を防止し、電圧発振の発生を抑制す
ることができる。
【００４０】請求項２に記載の発明によれば、第１の半
導体領域側よりも第２の主面側の方が不純物濃度が高い
ので、空乏化する部分を避けて第２の半導体領域におけ
るキャリア濃度を増加させることができ、ダイオードの
薄型化に資する。さらに、キャリア濃度が増加すること
から、第２の半導体領域と第３の半導体領域との間での
逆回復動作時の逆方向電流をより増加させることがで
き、ダイオードの抵抗成分の急変と電圧発振の発生とを
より確実に防ぐことができる。
導体領域側よりも第２の主面側の方が不純物濃度が高い
ので、空乏化する部分を避けて第２の半導体領域におけ
るキャリア濃度を増加させることができ、ダイオードの
薄型化に資する。さらに、キャリア濃度が増加すること
から、第２の半導体領域と第３の半導体領域との間での
逆回復動作時の逆方向電流をより増加させることがで
き、ダイオードの抵抗成分の急変と電圧発振の発生とを
より確実に防ぐことができる。
【００４１】請求項３に記載の発明によれば、第３の半
導体領域の第２の主面に面した部分の径が略４００μｍ
以下であるので、順方向電圧および逆回復動作時のエネ
ルギー損失量を増大させることなく、かつ、電圧発振を
抑制することができる。
導体領域の第２の主面に面した部分の径が略４００μｍ
以下であるので、順方向電圧および逆回復動作時のエネ
ルギー損失量を増大させることなく、かつ、電圧発振を
抑制することができる。
【００４２】請求項４に記載の発明によれば、第３の半
導体領域の第２の主面に面した部分の面積の合計が第２
の主面の面積の略２／５以下であるので、順方向電圧を
増大させることなく、かつ、逆回復動作時のエネルギー
損失量を効果的に抑制することができる。
導体領域の第２の主面に面した部分の面積の合計が第２
の主面の面積の略２／５以下であるので、順方向電圧を
増大させることなく、かつ、逆回復動作時のエネルギー
損失量を効果的に抑制することができる。
【００４３】請求項５に記載の発明によれば、第２の主
面に面して第２の半導体領域内に少なくとも一つの第３
の半導体領域を形成しているので、逆回復動作時の逆方
向電流の電流密度を増加させることができ、ダイオード
の抵抗成分の急変を防止し、電圧発振の発生を抑制する
ことができる。また、第３の半導体領域の第２の主面に
面した部分の径が略４００μｍ以下であるので、順方向
電圧および逆回復動作時のエネルギー損失量を増大させ
ることなく、かつ、電圧発振を抑制することができる。
面に面して第２の半導体領域内に少なくとも一つの第３
の半導体領域を形成しているので、逆回復動作時の逆方
向電流の電流密度を増加させることができ、ダイオード
の抵抗成分の急変を防止し、電圧発振の発生を抑制する
ことができる。また、第３の半導体領域の第２の主面に
面した部分の径が略４００μｍ以下であるので、順方向
電圧および逆回復動作時のエネルギー損失量を増大させ
ることなく、かつ、電圧発振を抑制することができる。
【００４４】請求項６に記載の発明によれば、第２の主
面に面して第２の半導体領域内に少なくとも一つの第３
の半導体領域を形成しているので、逆回復動作時の逆方
向電流の電流密度を増加させることができ、ダイオード
の抵抗成分の急変を防止し、電圧発振の発生を抑制する
ことができる。また、第３の半導体領域の第２の主面に
面した部分の面積の合計が第２の主面の面積の略２／５
以下であるので、順方向電圧を増大させることなく、か
つ、逆回復動作時のエネルギー損失量を効果的に抑制す
ることができる。
面に面して第２の半導体領域内に少なくとも一つの第３
の半導体領域を形成しているので、逆回復動作時の逆方
向電流の電流密度を増加させることができ、ダイオード
の抵抗成分の急変を防止し、電圧発振の発生を抑制する
ことができる。また、第３の半導体領域の第２の主面に
面した部分の面積の合計が第２の主面の面積の略２／５
以下であるので、順方向電圧を増大させることなく、か
つ、逆回復動作時のエネルギー損失量を効果的に抑制す
ることができる。
【００４５】請求項７に記載の発明によれば、第１の半
導体領域側よりも第２の主面側の方が不純物濃度が高い
ので、空乏化する部分を避けて第２の半導体領域におけ
るキャリア濃度を増加させることができ、ダイオードの
薄型化に資する。さらに、キャリア濃度が増加すること
から、第２の半導体領域と第３の半導体領域との間での
逆回復動作時の逆方向電流をより増加させることがで
き、ダイオードの抵抗成分の急変と電圧発振の発生とを
より確実に防ぐことができる。
導体領域側よりも第２の主面側の方が不純物濃度が高い
ので、空乏化する部分を避けて第２の半導体領域におけ
るキャリア濃度を増加させることができ、ダイオードの
薄型化に資する。さらに、キャリア濃度が増加すること
から、第２の半導体領域と第３の半導体領域との間での
逆回復動作時の逆方向電流をより増加させることがで
き、ダイオードの抵抗成分の急変と電圧発振の発生とを
より確実に防ぐことができる。
【図１】 実施の形態１に係るダイオードを示す断面図
である。
である。
【図２】 図１における切断線Ｘ−Ｘにおける断面を上
から見た図である。
から見た図である。
【図３】 実施の形態１に係るダイオードの順方向電圧
Ｖfとカソード側Ｐ層１０３の径Ｗとの関係についての
シミュレーション結果を示す図である。
Ｖfとカソード側Ｐ層１０３の径Ｗとの関係についての
シミュレーション結果を示す図である。
【図４】 実施の形態１に係るダイオードの、逆回復動
作時のエネルギー損失量Ｅrecとカソード側Ｐ層１０３
の径Ｗとの関係についてのシミュレーション結果を示す
図である。
作時のエネルギー損失量Ｅrecとカソード側Ｐ層１０３
の径Ｗとの関係についてのシミュレーション結果を示す
図である。
【図５】 実施の形態１に係るダイオードの、電圧発振
の大きさＶP-Pとカソード側Ｐ層１０３の径Ｗとの関係
についてのシミュレーション結果を示す図である。
の大きさＶP-Pとカソード側Ｐ層１０３の径Ｗとの関係
についてのシミュレーション結果を示す図である。
【図６】 実施の形態１に係るダイオードの、順方向電
圧Ｖfおよび逆回復動作時のエネルギー損失量Ｅrecとカ
ソード側Ｐ層１０３のカソード電極面を占める合計面積
の割合との関係についてのシミュレーション結果を示す
図である。
圧Ｖfおよび逆回復動作時のエネルギー損失量Ｅrecとカ
ソード側Ｐ層１０３のカソード電極面を占める合計面積
の割合との関係についてのシミュレーション結果を示す
図である。
【図７】 実施の形態２に係るダイオードを示す断面図
である。
である。
【図８】 従来のダイオードを示す断面図である。
１０１ Ｎ層、１０２ Ｐ層、１０３ カソード側Ｐ
層、１０４ アノード電極、１０５ カソード電極、２
０１ Ｎ+層。
層、１０４ アノード電極、１０５ カソード電極、２
０１ Ｎ+層。
Claims (7)
- 【請求項１】 第１の主面および前記第１の主面に対向
する第２の主面を有する半導体基板と、 前記第１の主面に面して前記半導体基板内に形成された
第１の導電型の第１の半導体領域と、 前記第１の半導体領域に隣接しつつ前記第２の主面に面
して前記半導体基板内に形成された第２の導電型の第２
の半導体領域と、 逆バイアス電圧が印加されたときに前記第１および第２
の半導体領域の境界面から伸展する空乏層の及ばない前
記第２の半導体領域内の前記第２の主面に面した位置に
形成された前記第１の導電型の少なくとも一つの第３の
半導体領域と、 前記第１の主面上に形成された第１の電極と、 前記第２の主面上に形成された第２の電極とを備えるダ
イオード。 - 【請求項２】 請求項１に記載のダイオードであって、 前記第２の半導体領域において前記第１の半導体領域側
よりも前記第２の主面側の方が不純物濃度が高いダイオ
ード。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載のダイオ
ードであって、 前記第３の半導体領域の前記第２の主面に面した部分の
径が略４００μｍ以下であるダイオード。 - 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記
載のダイオードであって、 前記第３の半導体領域の前記第２の主面に面した部分の
面積の合計が前記第２の主面の面積の略２／５以下であ
るダイオード。 - 【請求項５】 第１の主面および前記第１の主面に対向
する第２の主面を有する半導体基板と、 前記第１の主面に面して前記半導体基板内に形成された
第１の導電型の第１の半導体領域と、 前記第１の半導体領域に隣接しつつ前記第２の主面に面
して前記半導体基板内に形成された第２の導電型の第２
の半導体領域と、 前記第２の主面に面して前記第２の半導体領域内に形成
された前記第１の導電型の少なくとも一つの第３の半導
体領域と、 前記第１の主面上に形成された第１の電極と、 前記第２の主面上に形成された第２の電極とを備え、 前記第３の半導体領域の前記第２の主面に面した部分の
径が略４００μｍ以下であるダイオード。 - 【請求項６】 第１の主面および前記第１の主面に対向
する第２の主面を有する半導体基板と、 前記第１の主面に面して前記半導体基板内に形成された
第１の導電型の第１の半導体領域と、 前記第１の半導体領域に隣接しつつ前記第２の主面に面
して前記半導体基板内に形成された第２の導電型の第２
の半導体領域と、 前記第２の主面に面して前記第２の半導体領域内に形成
された前記第１の導電型の少なくとも一つの第３の半導
体領域と、 前記第１の主面上に形成された第１の電極と、 前記第２の主面上に形成された第２の電極とを備え、 前記第３の半導体領域の前記第２の主面に面した部分の
面積の合計が前記第２の主面の面積の略２／５以下であ
るダイオード。 - 【請求項７】 請求項５または請求項６に記載のダイオ
ードであって、 前記第２の半導体領域において前記第１の半導体領域側
よりも前記第２の主面側の方が不純物濃度が高いダイオ
ード。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000002337A JP2001196606A (ja) | 2000-01-11 | 2000-01-11 | ダイオード |
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| CH01760/00A CH695033A5 (de) | 2000-01-11 | 2000-09-07 | Diode. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000002337A JP2001196606A (ja) | 2000-01-11 | 2000-01-11 | ダイオード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001196606A true JP2001196606A (ja) | 2001-07-19 |
Family
ID=18531457
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000002337A Pending JP2001196606A (ja) | 2000-01-11 | 2000-01-11 | ダイオード |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6552413B1 (ja) |
| JP (1) | JP2001196606A (ja) |
| CH (1) | CH695033A5 (ja) |
Cited By (5)
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