JP2010092991A - ダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】 逆回復特性に優れたダイオードを提供する。
【解決手段】 ダイオード１は、n型の不純物を高濃度に含むカソード領域２０と、n型の不純物を低濃度に含み、且つ厚み方向に一定に含む高抵抗領域４０と、p型の不純物を含むアノード領域５０を備えている。高抵抗領域４０は、アノード領域５０との界面Ｓ１近傍に欠陥量のピークを持つ第１結晶欠陥領域Ｄ１と、厚み方向の中間位置Ｍ近傍に欠陥量のピークを持つ第２結晶欠陥領域Ｄ２を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダイオードに関する。本発明は特に、ＰＩＮダイオードに関する。

ＰＩＮダイオードは、n型の不純物を高濃度に含むカソード領域と、n型の不純物を低濃度で含み、且つ厚み方向に一定に含む高抵抗領域と、p型の不純物を含むアノード領域を備えている。カソード領域と高抵抗領域とアノード領域は、厚み方向に順に配置されている。
この種のダイオードでは、アノード領域とカソード領域の間（アノード・カソード間）に印加されている電圧が順方向から逆方向に反転すると、アノード領域と高抵抗領域の界面から空乏層が伸び、その空乏層によってアノード・カソード間に電流が流れるのを禁止する。アノード・カソード間に印加されている電圧が順方向から逆方向に反転した直後には、高抵抗領域に蓄積されていた正孔がアノード領域を介してアノード電極に排出され、高抵抗領域に蓄積されていた電子がカソード領域を介してカソード電極に排出される。これにより、反転した直後には、アノード電極とカソード電極の間を逆方向に電流が流れる（逆回復電流という）。蓄積されていたキャリア（電子と正孔）が排出されるのに応じて高抵抗領域を空乏層が伸びていく。

特許文献１のＰＩＮダイオードの高抵抗領域は、２つの結晶欠陥領域を備えていることを特徴としている。１つの結晶欠陥領域は、高抵抗領域とアノード領域との界面近傍に欠陥量のピークを持つ。他の１つの結晶欠陥領域は、高抵抗領域とカソード領域との界面近傍に欠陥量のピークを持つ。これら２つの結晶欠陥領域により、順方向電圧が印加されている間に高抵抗領域に蓄積されるキャリアの数を抑制し、逆回復電流が流れることに起因する電力損失を低減化している。また、後者の結晶欠陥領域は、正孔と電子の再結合を促進し、高抵抗領域とカソード領域の界面近傍に残留するキャリアを迅速に消失させ、逆回復電流が流れる時間を短縮化させている。

特開平８−１０２５４５号公報

背景技術で説明したように、逆回復時の電力損失を低減化するためには、高抵抗領域に複数の結晶欠陥領域を形成し、高抵抗領域からキャリアを迅速に消失させることが有効である。ところが、キャリアの消失速度が速くなり過ぎると、逆回復電流の時間変化率が大きくなり、アノード電極とカソード電極の間（アノード・カソード間）にサージが発生し易い。また、アノード・カソード間電流やアノード・カソード間電圧が発振し易い。これらのサージ及び発振現象は、逆回復時の後半期間において高抵抗領域内のキャリアが急激に消失することが原因であることが分かってきた。なかでも、高抵抗領域とカソード領域の界面近傍に残留するキャリアが、逆回復時の後半期間において、逆回復電流の挙動に強い影響を与えることが分かってきた。特許文献１では、高抵抗領域とカソード領域の界面近傍に結晶欠陥領域が形成されている。このため、特許文献１のダイオードでは、逆回復時の後半期間に急激にキャリアが消失し、逆回復電流の時間変化率が大きくなり、サージ及び発振現象を引き起こしていた。
本発明は、逆回復時の電力損失を低減化しながら、アノード・カソード間にサージが発生することを抑制し、アノード・カソード間電流やアノード・カソード間電圧が発振することを抑制する技術を提供する。

本明細書で開示されるダイオードは、カソード半導体領域と高抵抗半導体領域とアノード半導体領域を備えている。カソード半導体領域は、第１導電型の不純物を高濃度に含む。高抵抗半導体領域は、第１導電型不純物を低濃度に含み、且つ厚み方向に一定に含む。アノード半導体領域は、第２導電型の不純物を含む。カソード半導体領域と高抵抗半導体領域とアノード半導体領域は、厚み方向に順に配置されている。高抵抗半導体領域は、第１結晶欠陥領域と第２結晶欠陥領域を備えている。第１結晶欠陥領域は、高抵抗半導体領域とアノード半導体領域の界面近傍に欠陥量のピークを持つ。第２結晶欠陥領域は、高抵抗半導体領域の厚み方向の中間位置近傍に欠陥量のピークを持つ。

上記したダイオードの高抵抗半導体領域は、高抵抗半導体領域の厚み方向の中間位置近傍に第２結晶欠陥領域を備えていることを特徴としている。このため、逆回復時に、逆方向電圧の電界を保持する領域、すなわち空乏層が、第２結晶欠陥領域が形成されている中間位置近傍よりもカソード半導体領域側に伸びにくい。したがって、上記したダイオードでは、逆回復時に高抵抗半導体領域とカソード半導体領域の界面近傍にキャリアを残留させておくことができ、逆回復時の逆回復電流の時間変化率を緩やかにすることができる。上記したダイオードでは、逆回復時にアノード・カソード間にサージが発生することが抑制され、アノード・カソード間電流やアノード・カソード間電圧が発振することが抑制される。
また、上記したダイオードの高抵抗半導体領域は、第１結晶欠陥領域と第２結晶欠陥領域を備えていることにより、ダイオードが導通状態のときに、アノード半導体領域から高抵抗半導体領域に注入されるキャリアが、高抵抗半導体領域に過剰に蓄積することを抑制することができる。逆回復電流を抑制し、電力損失を低減化することができる。

第２結晶欠陥領域の欠陥量のピークは、高抵抗半導体領域の厚み方向の中間位置よりもアノード半導体領域側であることが好ましい。
上記した構成によると、逆回復時に正孔を残留させておくことができる領域が広い。

高抵抗半導体領域は、厚み方向の中間位置近傍に非導電型の不純物の濃度のピークを持つことが好ましい。ここで、非導電型の不純物とは、高抵抗半導体領域に用いられている半導体材料の導電型及び抵抗値を変化させない原子をいう。
結晶欠陥には、異なる種類の結晶欠陥が存在する。結晶欠陥の中でも、非導電型の不純物（例えば、シリコンに対しては炭素と酸素である）が結合した複合欠陥は、逆回復時にキャリアを捕獲しておく効果（トラップ効果という）が高い。高抵抗半導体領域の中間位置近傍に非導電型の不純物の濃度ピークが存在すると、第２結晶欠陥領域に含まれる結晶欠陥のうち複合欠陥の量を多くすることができる。このため、逆回復時に、空乏層の伸展が第２結晶欠陥領域によって良好に抑えられ、逆回復時の後半期間において高抵抗半導体領域とカソード半導体領域の界面近傍にキャリアを残留させておく現象を良好に実現することができる。

本明細書で開示されるダイオードによると、逆回復時の電力損失を低減化しながら、アノード・カソード間にサージが発生することを抑制し、アノード・カソード間電流やアノード・カソード間電圧が発振することを抑制することができる。

本明細書で開示される技術の特徴を以下に整理しておく。
（１）ダイオードのカソード領域は、高濃度n型領域と中濃度n型領域を備えている。中濃度n型領域のn型の不純物の濃度は、高濃度n型領域のn型の不純物の濃度よりも低く、高抵抗領域のn型の不純物の濃度よりも高い。カソード領域が中濃度n型領域を備えていることにより、逆回復時に、高抵抗領域とカソード領域との間に正孔を残存させて徐々に排出させることができる。逆回復電流の時間変化を緩やかにすることができる。
（２）第１導電型はn型であり、第２導電型はp型である。
（３）結晶欠陥領域には、炭素、酸素、窒素、フッ素、ゲルマニウム等の非導電型の不純物から形成される複合欠陥が含まれている。
（４）結晶欠陥領域には、炭素と酸素の複合欠陥が多く含まれている。
（５）結晶欠陥領域を形成する領域に、予め非導電型の不純物を注入しておく。結晶欠陥領域に含まれる非導電型の不純物の複合欠陥の量を増やすことができる。
（６）順方向電圧が印加されている間に高抵抗領域に蓄積されるキャリアの数を抑制するために高抵抗領域に結晶欠陥を形成する。従来、アノード領域と高抵抗領域の界面近傍のみに形成していた欠陥の総量を、この界面近傍と、高抵抗領域の厚み方向の中間位置近傍に分けて形成する。アノード領域と高抵抗領域の界面近傍に形成する欠陥の量を減らすことができ、リーク電流を低減化することができる。

（実施例１）
図１に、ＰＩＮダイオード１の要部断面図を示す。図１では、断面図の左側に各構成要素の符号を示し、断面図の右側に厚み方向の位置関係を比率を用いて表している。
ＰＩＮダイオード１は、カソード電極１０とシリコン基板２とアノード電極６０を備えている。カソード電極１０は、シリコン基板２の裏面２ｂに接している。アノード電極６０は、シリコン基板２の表面２ａに接している。カソード電極１０とアノード電極６０の材料には、アルミニウム等が用いられている。

シリコン基板２内には、カソード領域２０と高抵抗領域４０とアノード領域５０が形成されている。
カソード領域２０は、高濃度n型領域２２と中濃度n型領域２４を備えている。高濃度n型領域２２が、シリコン基板２の裏面２ｂでカソード電極１０と接している。高濃度n型領域２２は、n型不純物としてリンと砒素を高濃度に含んでいる。そのキャリア濃度は、カソード電極１０に接している領域において10¹⁹/cm³程度となるように調整されている。中濃度n型領域２４は、高濃度n型領域２２の上に形成されている。中濃度n型領域２４は、n型不純物としてリンを含んでおり、そのキャリア濃度は、高濃度n型領域２２と接している領域において、10¹⁵/cm³程度となるように調整されている。なお、ダイオード１のカソード領域２０は中濃度n型領域２４を備えているが、中濃度n型領域２４を備えていることはダイオードにとって必須の要件ではない。

高抵抗領域４０は、カソード領域２０上に形成されている。高抵抗領域４０は、n型不純物としてリンを含んでおり、そのキャリア濃度は、厚み方向に一定の10¹⁴/cm³程度に調整されている。

アノード領域５０は、低濃度p型領域５１と高濃度p型領域５２を備えている。低濃度p型領域５１が、高抵抗領域４０の上に形成されている。複数個の高濃度p型領域５２が、低濃度p型領域５１の表面に分散して配置されている。高濃度p型領域５２と低濃度p型領域５１は、アノード電極６０と接している。低濃度p型領域５１は、p型不純物としてボロンを含んでおり、そのキャリア濃度は、アノード電極６０に接している領域において、10¹⁷/cm³程度に調整されている。高濃度p型領域５２も、p型不純物としてボロンを含んでおり、そのキャリア濃度は、アノード電極６０に接している領域において、
10¹⁹/cm³程度に調整されている。

ダイオード１を構成しているシリコン基板２の厚みは１３０μｍ程度である。各半導体領域の厚み方向における形成範囲を比率で表すと、シリコン基板２の厚みを１４５．５として、概ね（高濃度n型領域２２）０．５：（中濃度n型領域２４）２０：（高抵抗領域４０）１２３．５：（アノード領域５０）１．５となる。

高抵抗領域４０は、第１結晶欠陥領域Ｄ１と第２結晶欠陥領域Ｄ２を備えている。第１結晶欠陥領域Ｄ１は、アノード領域５０と高抵抗領域４０の界面Ｓ１近傍に欠陥量のピークを持っている。シリコン基板２の厚みを３７０として比率で表すと、界面Ｓ１の位置から第１結晶欠陥領域Ｄ１の欠陥量のピークの位置までの距離は概ね１３．５である。

また、第２結晶欠陥領域Ｄ２は、高抵抗領域４０の厚み方向（図１の上下方向）の中間位置Ｍ近傍に欠陥量のピークを持っている。シリコン基板２の厚みを３７０として比率で表すと、界面Ｓ１の位置から第２結晶欠陥領域Ｄ２の欠陥量のピークの位置までの距離は概ね５８．５である。したがって、欠陥量のピークの位置は、中間位置Ｍよりも浅い。

図２から図９を参照してダイオード１の製造方法を説明する。
図２に示すように、n^-型のバルクシリコン基板２を準備する。以下で説明する各半導体領域の製造工程を実施した後に、シリコン基板２のうち、導電型の不純物が注入されなかった領域の一部がn^-型の高抵抗領域４０となる。まず、シリコン基板２の表面２ａからp型不純物イオンのボロンＢを注入して熱拡散する。これにより、低濃度p型領域５１を形成する。

次に図３に示すように、シリコン基板２の表面２ａに選択的にマスクを形成し、表面２ａから再びボロンＢを注入して熱拡散する。これにより、低濃度p型領域５１の表面に複数個の高濃度p型領域５２を分散して配置する。次にマスクを除去する。低濃度p型領域５１と高濃度p型領域５２を備えているアノード領域５０が形成される。

次に図４に示すように、シリコン基板２の表面２ａに金属膜を形成し、アノード電極６０とする。次に、図５に示すように、シリコン基板２を薄板化する。シリコン基板２が１．２ｋＶの耐圧を保持することができるように、その厚みを１３０μｍ程度とする。

次に図６に示すように、シリコン基板２の裏面２ｂからn型不純物イオンのリンPを注入して熱拡散する。これにより、中濃度n型領域２４を形成する。次に図７に示すように、裏面２ｂからn型不純物イオンのリンPを再び注入して熱拡散する。これにより、高濃度n型領域２２を形成する。中濃度n型領域２４と高濃度n型領域２２を備えているカソード領域２０が形成される。図１０に、ダイオード１のp型不純物とn型不純物の厚み方向における濃度プロファイルを示す。前述したように、シリコン基板２のうち、導電型の不純物が注入されなかった領域の一部がn^-型の高抵抗領域４０となるので、高抵抗領域４０は、n型不純物を、低濃度に、且つ厚み方向に一定に含んでいる。

次に、図８に示すように、シリコン基板２の裏面２ｂから軽元素の荷電粒子を照射し、局所的に結晶欠陥を形成する。荷電粒子には、質量３のヘリウムイオン(3He²⁺)を用いる。高抵抗領域４０に、アノード領域５０との界面Ｓ１近傍で欠陥量がピークを持つように荷電粒子を導入する。次に、図９に示すように、高抵抗領域４０の厚み方向の中間位置Ｍ近傍であり、厚み方向において中間位置Ｍよりも浅い領域に欠陥量がピークを持つように荷電粒子を導入する。荷電粒子には、質量３のヘリウムイオン(3He²⁺)を用いる。次に、熱処理を実施する。これにより、第１結晶欠陥領域Ｄ１と第２結晶欠陥領域Ｄ２が形成される。図１１に、結晶欠陥の欠陥量の厚み方向における濃度プロファイルを示す。図１１に示すように、第１結晶欠陥領域Ｄ１と第２結晶欠陥領域Ｄ２は、濃度プロファイルの半値幅の２倍以上（例えば、２０μｍ以上）離間していることが好ましい。第１結晶欠陥領域Ｄ１の濃度プロファイルと、第２結晶欠陥領域Ｄ２の濃度プロファイルが重なり合わないことが好ましい。
次に、シリコン基板２の裏面２ｂに金属膜を形成し、図１に示すカソード電極１０とする。

上記のように形成した第１結晶欠陥領域Ｄ１と第２結晶欠陥領域Ｄ２は、複数種類の結晶欠陥を含んでいる。シリコン基板２に荷電粒子を導入すると、シリコン原子が結晶格子位置から解離する現象が発生する。その後に、熱処理を実施すると、結晶格子位置から解離したシリコン原子、シリコン原子が解離した後の空孔、シリコン基板２のシリコン結晶に元々含まれていた非導電型不純物等が結合して複数種類の熱的安定結晶欠陥が形成される。これらの中で、特に、非導電型不純物の酸素と炭素が結合した結晶欠陥（正孔トラップ欠陥という）は、後に説明するが、高抵抗領域４０内において正孔を捕獲する。逆回復時には、正孔トラップ欠陥に捕獲した正孔は、短時間で放出されない。

図１２に示すように、ダイオード１に順方向電圧を印加すると、アノード領域５０から高抵抗領域４０に正孔（図１２では＋印で模式的に示している）が注入される。また、カソード領域２０から高抵抗領域４０に電子（図１２では−印で模式的に示している）が注入される。順方向電圧が印加されている時の正孔の量を、図１３のグラフｈで示す。また、順方向電圧が印加されている時の電子の量を、図１３のグラフｅで示す。この定常状態では、高抵抗領域４０内で、過剰な電子と過剰な正孔の再結合による消滅、結晶欠陥における電子の捕獲・放出、結晶欠陥における正孔の捕獲・放出が活発化している。定常状態では結晶欠陥における電子の捕獲・放出、正孔の捕獲・放出がつりあっている。定常状態では、アノード電極６０からカソード電極１０に電流が流れる。

ダイオード１に逆方向電圧を印加した直後は、図１４に示すように、順方向電圧が印加していた間に高抵抗領域４０に蓄積されていた正孔がアノード領域５０を介してアノード電極６０に排出される。また、高抵抗領域４０に蓄積されていた電子がカソード領域２０を介してカソード電極１０に排出される。これにより、アノード電極６０とカソード電極１０の間に、図１５のグラフＬ１に示す逆回復電流が流れる。蓄積されていたキャリア（電子と正孔）が排出されるのに応じて界面Ｓ１から高抵抗領域４０を空乏層が伸びていく。

なお、逆回復時に、電子を捕獲する種類の結晶欠陥（電子トラップ欠陥；例えば、空孔が結合した欠陥や空孔と酸素が結合した複合欠陥）が捕獲した電子を放出する時間と比較すると、正孔を捕獲する種類の結晶欠陥（正孔トラップ欠陥；例えば、炭素と酸素が結合した複合欠陥）が捕獲した正孔を放出する時間の方が長い。図１４では、ダイオード１の正孔トラップ欠陥に正孔が捕獲されている状態を、＋印を二重丸で囲んで示している。結晶欠陥を形成したダイオードでは、逆回復時に、正孔トラップ欠陥から正孔が放出されて排出された領域に実質的に空乏層が伸びていく。逆回復電流の時間変化率を緩やかにするためには、相応な量の正孔トラップ欠陥を相応な位置に形成することが有用である。

比較例１として図１６に示すダイオード１０２の逆回復電流を、図１５のグラフＬ２に示して観察する。このダイオード１０２の高抵抗領域４０は、アノード領域５０と高抵抗領域２０の界面近傍のみに結晶欠陥量のピークを持つ結晶欠陥領域を備えている。この結晶欠陥領域の欠陥量は、ダイオード１の第１結晶欠陥領域Ｄ１の欠陥量と第２結晶欠陥領域Ｄ２の欠陥量を合わせた量とする。その他の構成は、本実施例のダイオード１と同じである。グラフＬ２に示すダイオード１０２の逆回復電流と比較すると、グラフＬ１に示す本実施例のダイオード１の逆回復電流は、逆方向（グラフの負の方向）に振れている領域の時間積分値が小さい。この積分値は、高抵抗領域４０に蓄積されている電荷の量と強い相関関係がある。ダイオード１は、第１結晶欠陥領域Ｄ１と第２結晶欠陥領域Ｄ２の２箇所に結晶欠陥領域を備えている。高抵抗領域４０内に形成した欠陥の総量は同じであっても、ダイオード１のように２箇所に分けた方が、順方向電圧が印加されている間に高抵抗領域４０に蓄積されるキャリアの数が抑制されて高抵抗領域４０に蓄積される電荷の量が抑制されている。ダイオード１を用いると、逆回復電流が流れることによる電力損失が少ない。

また、グラフＬ２に示すダイオード１０２の逆回復電流と比較すると、グラフＬ１に示す本実施例のダイオード１の逆回復電流は、逆回復電流が負方向にピークに達した後に、徐々に０に収束するまでの間に流れる電流（テール電流という）が少ない。ダイオード１は、ダイオード１０２と比較すると、逆回復時に高抵抗領域４０に残留するキャリアを迅速に排出している。

また、比較例２として図１７に示すダイオード１０４の逆回復電流を、図１５のグラフＬ３に示して観察する。ダイオード１０４の高抵抗領域４０は第１結晶欠陥領域Ｄ１（ダイオード１と同じ）と第３結晶欠陥領域Ｄ３を備えている。第３結晶欠陥領域Ｄ３は、高抵抗領域４０とカソード領域２０との界面Ｓ２近傍に欠陥量のピークを持っている。グラフＬ３に示すダイオード１０４の逆回復電流と比較すると、グラフＬ１に示す本実施例のダイオード１の逆回復電流は、その負方向の最大値が小さい。また、負方向の最大値から０に収束するときの時間変化率が小さい。また、ダイオード１０４では電流波形が発振しているが、ダイオード１では発振することなく滑らかに０に収束している。

ダイオード１では、逆回復時に、第１結晶欠陥領域Ｄ１と第２結晶欠陥領域Ｄ２内の正孔トラップ欠陥に正孔がトラップされ、この領域が正に帯電する。このときの逆方向電圧による電界の分布を図１８に示す。第１結晶欠陥領域Ｄ１が配置されている領域と第２結晶欠陥領域Ｄ２が配置されている領域で電界の傾きが急になっている。ダイオード１０４のように、２番目の結晶欠陥領域（第３結晶欠陥領域Ｄ３）が高抵抗領域４０とカソード領域２０の界面Ｓ２近傍に配置されている場合と比較すると、逆電圧印加時に電界を保持する領域、すなわち空乏層が、界面Ｓ１から高抵抗領域４０の厚み方向に伸びにくい。ダイオード１は、ダイオード１０４と比較すると高抵抗領域４０の厚み方向の深い領域に正孔を長く残留させておくことができる。図１９に示すように、高抵抗領域４０に長く残留させた正孔をアノード領域５０を介してアノード電極６０にゆっくりと排出させることができる。これにより、逆回復電流の時間変化率が緩やかになる。逆回復時にアノード・カソード間にサージが発生することを抑制し、アノード・カソード間電流やアノード・カソード間電圧が発振することを抑制することができる。

ダイオード１によると、逆回復時の電力損失を低減化しながら、アノード・カソード間のサージ電圧を抑制し、アノード・カソード間電圧やアノード・カソード間電流の発振を抑制することができる。
また、ダイオード１によると、アノード領域５０と高抵抗領域２０の界面近傍に形成する欠陥の量を減らすことができるために、ダイオード１０２と比較してリーク電流を低減化することができる。

（第２実施例）
図２０にダイオード１ａの要部断面図を示す。図１に示すダイオード１と共通する部分については同じ番号を付することによってその重複説明を省略する。
ダイオード１ａでは、高抵抗領域４１が、領域４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄを備えている。領域４１ａ，４１ｃは、領域４１ｂ，４１ｄと比較して非導電型の不純物を多く含んでいる。以下にダイオード１ａの製造方法を説明する。

ダイオード１ａを製造する際には、n⁺型のシリコン基板を準備する。このシリコン基板が、カソード領域２０ａのうちの高濃度n型領域２２ａとなる。
高濃度n型領域２２ａ上に、図２０の高さＴ０に至るまで中濃度n型領域２４ａをエピタキシャル成長させる。高濃度n型領域２２ａと中濃度n型領域２４ａが、ダイオード１ａのカソード領域２０ａとなる。

カソード領域２０ａの上に、n^-型領域をエピタキシャル成長させる。図２０に示す高さＴ１に至るまでn^-型領域を成長させたら、成長を一旦停止させる。そして、高さＴ１まで成長したn^-型領域の表面から非導電型不純物（酸素と炭素）をイオン注入する。これにより、n^-型の領域４１ｄと、非導電型不純物を多く含んだn^-型の領域４１ｃが形成される。

次に、再び、高さＴ１から高さＴ２に至るまでn^-型領域を成長させたら、成長を停止させる。そして、高さＴ２まで成長したn^-型領域の表面から非導電型不純物をイオン注入する。
次に、高さＴ２に至っているn^-型の領域の表面からp型不純物イオンのボロンＢを注入して熱拡散し、低濃度p型領域５１を形成する。これにより、n^-型の領域４１ｂと、非導電型不純物を多く含んだn^-型の領域４１ａと、低濃度p型領域５１の積層構造が形成される。
次に、低濃度p型領域５１の表面に複数個の高濃度p型領域５２を分散して配置する。低濃度p型領域５１と高濃度p型領域５２を備えているアノード領域５０が形成される。
次に、アノード領域５０の表面５０ａに金属膜を形成し、アノード電極６０とする。

次に、高抵抗領域４１のうち、非導電型不純物を多く含んだ領域４１ａに、第１実施例のダイオード１と同様にして第１結晶欠陥領域Ｄ１を形成する。また、非導電型不純物を多く含んだ領域４１ｃに第２結晶欠陥領域Ｄ２を形成する。図２１に、ダイオード１ａに含まれている非導電型不純物の厚み方向における濃度プロファイルを示す。ダイオード１ａでは、第１結晶欠陥領域Ｄ１が設けられている領域４１ａと、第２結晶欠陥領域Ｄ２が設けられている領域４１ｃにおいて、非導電型不純物の濃度がピークを持っている。
次に、高濃度n型領域２２ａの裏面２２ｂに接するカソード電極１０を形成する。

一般的に、エピタキシャル成長させた層に含まれる非導電型不純物の量は、バルクシリコン基板２（図１参照）に含まれる非導電型不純物の量と比較して少ない。本実施例のように、第１結晶欠陥領域Ｄ１と第２結晶欠陥領域Ｄ２を形成する領域４１ａ，４１ｃには、エピタキシャル成長を実施する際に予め非導電型不純物をイオン注入しておけば、第１結晶欠陥領域Ｄ１と第２結晶欠陥領域Ｄ２に含まれる正孔トラップ欠陥を増加させることができる。

ダイオード１ａも、第１実施例のダイオード１と同様に、逆回復時の電力損失を低減化しながら、アノード・カソード間のサージを抑制し、アノード・カソード間電圧やアノード・カソード間電流が発振することを抑制することができる。

（第３実施例）
図２２にダイオード１ｂの要部断面図を示す。図１に示すダイオード１と共通する部分には同じ番号を付することによってその重複説明を省略する。
ダイオード１ｂでは、高抵抗領域４２が、領域４２ａと領域４２ｂを備えている。領域４２ａは、領域４２ｂと比較して多くの炭素を含んでいる。以下にダイオード１ｂの製造方法を説明する。

ダイオード１ｂを製造する際には、n^-型のバルクシリコン基板の裏面３ｂからn型不純物であるリンが予め熱拡散されている拡散基板３を準備する。
裏面３ｂ側でリンが熱拡散されているn型領域が、カソード領域２０ｂとなる。
まず、拡散基板３の表面３ａから非導電型不純物の炭素をイオン注入し、表面３ａ側に炭素を多く含んだn^-型領域を形成する。
次に、第１実施例のダイオード１と同様に表面３ａ側に低濃度p型領域５１と高濃度p型領域５２から成るアノード領域５０を形成する。n^-型の領域４２ｂと、炭素を多く含んだn^-型の領域４２ａを備えている高抵抗領域４２とアノード領域５０の積層構造が形成される。図２３に、ダイオード１ｂに含まれているp型不純物とn型不純物の拡散基板３の厚み方向における濃度プロファイルを示す。
次に、表面３ａ上にアノード電極６０を形成する。
次に、高抵抗領域４２のうち、炭素を多く含んだn^-型の領域４２ａに、第１実施例のダイオード１と同様にして第１結晶欠陥領域Ｄ１と第２結晶欠陥領域Ｄ２を形成する。図２４に、ダイオード１ｂに含まれている炭素の厚み方向における濃度プロファイルを示す。ダイオード１ｂでは、第１結晶欠陥領域Ｄ１が形成されるとともに、第２結晶欠陥領域Ｄ２が形成される領域４２ａの炭素の濃度が濃い。
次に、拡散基板３を薄板化した後に、カソード電極１０を形成する。

一般的に拡散基板３には、非導電型不純物の酸素は十分に含まれているが、炭素が少ない。このため、本実施例では、結晶欠陥領域を形成する領域４２ａに予め炭素をイオン注入しておく。第１結晶欠陥領域Ｄ１と第２結晶欠陥領域Ｄ２に含まれる正孔トラップ欠陥を増加させることができる。

ダイオード１ｂも、第１実施例のダイオード１と同様に、第１結晶欠陥領域Ｄ１と第２結晶欠陥領域Ｄ２を備えている。ダイオード１ｂを用いると、逆回復時の電力損失を低減化し、アノード・カソード間のサージを抑制し、アノード・カソード間電圧や電流の発振を抑制することができる。

第１実施例と第２実施例では、ダイオード１，１ａのカソード領域２０，２０ａが中濃度n型領域２４，２４ａを備えている場合について説明したが、中濃度n型領域２４，２４ａを備えていなくてもよい。中濃度n型領域２４，２４ａを備えていると、逆回復電流の時間変化率を低減化することができる。

結晶欠陥領域Ｄ１，Ｄ２では、非導電型不純物の複合欠陥（例えば、炭素と酸素の複合欠陥）の濃度のピーク値が、高抵抗領域４０，４１，４２のn型不純物の濃度よりも高くなるように構成されていることが好ましい。このように構成すると、逆回復時に、結晶欠陥領域Ｄ１，Ｄ２に含まれている複合欠陥が正孔をトラップ（捕獲し易くて放出し難い）しやすい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

ダイオード１の要部断面図を示す。 ダイオード１の製造方法を示す。 ダイオード１の製造方法を示す。 ダイオード１の製造方法を示す。 ダイオード１の製造方法を示す。 ダイオード１の製造方法を示す。 ダイオード１の製造方法を示す。 ダイオード１の製造方法を示す。 ダイオード１の製造方法を示す。 ダイオード１に含まれているp型不純物とn型不純物の厚み方向における濃度プロファイルを示す。 ダイオード１に含まれている結晶欠陥の欠陥量の厚み方向におけるプロファイルを示す。 順方向電圧が印加されてダイオード１が導通しているときに、高抵抗領域４０に正孔と電子が注入されている状態を示す。 ダイオード１が導通しているときに、シリコン基板２に含まれている正孔と電子の厚み方向における濃度プロファイルを示す。 逆回復時に高抵抗領域４０に残留している正孔と電子の状態を示す。 ダイオード１とダイオード１０２とダイオード１０４の逆回復電流をグラフＬ１，Ｌ２，Ｌ３に示す。 比較例１のダイオード１０２の要部断面図を示す。 比較例２のダイオード１０４の要部断面図を示す。 逆回復時に逆方向電圧を保持している領域（すなわち、空乏層）と電界強度を示す。 逆回復時に、高抵抗領域４０の厚み方向の深い範囲に残留している正孔の状態を示す。 ダイオード１ａの要部断面図を示す。 ダイオード１ａに含まれている非導電型不純物の厚み方向における濃度プロファイルを示す。 ダイオード１ｂの要部断面図を示す。 ダイオード１ｂに含まれているp型不純物とn型不純物の厚み方向における濃度プロファイルを示す。 ダイオード１ｂの構造に含まれている非導電型不純物の厚み方向における濃度プロファイルを示す。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ：ダイオード
２：シリコン基板
２ａ：表面
２ｂ：裏面
３：拡散基板
３ａ：表面
３ｂ：裏面
１０：カソード電極
２０，２０ａ，２０ｂ：カソード領域
４０，４１，４２：高抵抗領域
５０：アノード領域
６０：アノード電極
Ｄ１：第１結晶欠陥領域
Ｄ２：第２結晶欠陥領域
Ｄ３：第３結晶欠陥領域
Ｍ：中間位置
Ｓ１，Ｓ２：界面

Claims (3)

1. 第１導電型の不純物を高濃度に含むカソード半導体領域と、
   第１導電型の不純物を低濃度に含み、且つ厚み方向に一定に含む高抵抗半導体領域と、
   第２導電型の不純物を含むアノード半導体領域と、を備えており、
   前記カソード半導体領域と前記高抵抗半導体領域と前記アノード半導体領域が厚み方向に順に配置されており、
   前記高抵抗半導体領域は、前記アノード半導体領域との界面近傍に欠陥量のピークを持つ第１結晶欠陥領域と、厚み方向の中間位置近傍に欠陥量のピークを持つ第２結晶欠陥領域を有するダイオード。
2. 前記第２結晶欠陥領域の欠陥量のピークは、前記高抵抗半導体領域の厚み方向の中間位置よりもアノード半導体領域側であることを特徴とする請求項１に記載のダイオード。
3. 前記高抵抗半導体領域は、厚み方向の中間位置近傍に非導電型の不純物の濃度のピークを持つことを特徴とする請求項１又は２に記載のダイオード。
   

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