JP2017028055A - ダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】ピラー領域、バリア領域、中間領域、カソード領域を有するダイオードにおいて、寄生トランジスタがオンすることを抑制する。【解決手段】ダイオードは、平面視したときに、セルフィールド２４、中間フィールド２２、外周フィールド１８を有する。セルフィールド２４は、アノード電極１４にオーミック接触しているｐ型の第１アノード領域３０ａと、アノード電極１４に接しているｎ型のピラー領域３２ａと、第１アノード領域３０ａとピラー領域３２ａに裏面側から接しているｎ型のバリア領域３４と、バリア領域３４に裏面側から接しているｐ型の第１中間領域３６を有する。中間フィールド２２は、アノード電極１４にオーミック接触しているｐ型の第２アノード領域３０ｂと、アノード電極１４に接している正孔抑制領域３２ｂと、第２アノード領域３０ｂと正孔抑制領域３２ｂに裏面側から接しているｐ型の第２中間領域４４を有し、バリア領域を有さない。【選択図】図２

Description

本明細書が開示する技術は、ダイオードに関する。

特許文献１に、ダイオードが開示されている。このダイオードでは、半導体基板の表面にアノード電極が配置されており、半導体基板の裏面にカソード電極が配置されている。半導体基板内に、アノード領域、ピラー領域、バリア領域、中間領域（ｐ電界進展防止領域）及びカソード領域が形成されている。アノード領域は、ｐ型であり、アノード電極にオーミック接触している。ピラー領域は、ｎ型であり、アノード電極に接している。アノード領域とピラー領域は、半導体基板の表面に交互に露出するように配置されている。バリア領域は、ｎ型であり、アノード領域とピラー領域に裏面側から接している。中間領域は、ｐ型であり、バリア領域に裏面側から接している。中間領域は、バリア領域によってアノード領域から分離されている。カソード領域は、ｎ型であり、中間領域に裏面側から接しており、カソード電極に接している。

このダイオードでは、アノード電極の電位を上昇させると、カソード電極から、カソード領域、中間領域、バリア領域及びピラー領域を介して、アノード電極に電子が流れ始める。すなわち、アノード電極の電位が上昇しきらない段階で、ダイオードに電子が流れる。バリア領域がピラー領域を介してアノード電極に接続されているため、この段階ではバリア領域とアノード電極の間の電位差が小さい。このため、バリア領域とアノード領域の界面のｐｎ接合に電位差が生じ難く、この段階では、このｐｎ接合はオンしない。アノード電極の電位をさらに上昇させていくと、上述した電子による電流が増加し、バリア領域とアノード電極の間の電位差が大きくなる。この電位差が所定の電位差に達すると、バリア領域とアノード領域の界面のｐｎ接合がオンし、アノード電極から、アノード領域、バリア領域及び中間領域を介してカソード領域に正孔が流入する。このように、このダイオードでは、バリア領域とアノード領域の界面のｐｎ接合がオンするよりも前に、バリア領域とピラー領域を介して電子が流れる。このため、ｐｎ接合がオンするタイミングが遅くなり、カソード領域に正孔が流入することが抑制される。したがって、このダイオードの逆回復動作時には、カソード領域からアノード電極に排出される正孔が少ない。このため、このダイオードでは、逆回復電流が小さく、逆回復動作時の損失が抑制される。

特開２０１３−０４８２３０号公報

一般的なダイオードでは、半導体基板の表面の一部の範囲がアノード電極に接しており、その周囲では、半導体基板の表面が絶縁層で覆われている。絶縁層で覆われている範囲では、アノード電極が半導体基板に接していない。以下では、半導体基板とアノード電極が接する範囲を素子フィールドといい、半導体基板とアノード電極が接していない範囲を外周フィールドという。

特許文献１のダイオードも上述した素子フィールドと外周フィールドを備えていると考えられる。したがって、特許文献１のダイオードでは、ｐｎ接合がオンしているときに、外周フィールド内のカソード領域にも正孔が拡散する。このため、ダイオードが逆回復動作を行うときには、素子フィールド内に存在する正孔だけでなく、外周フィールド内に存在する正孔もアノード電極に排出される。このため、素子フィールドのうちの外周フィールド近傍の範囲では、逆回復電流が集中し易い。外周フィールド近傍の素子フィールドに逆回復電流が集中すると、バリア領域が逆回復電流の障壁となるため、中間領域の電位が上昇する。中間領域の電位が極端に高くなると、バリア領域、中間領域及びカソード領域によって構成されているｎｐｎトランジスタ（寄生トランジスタ）がオンする場合がある。寄生トランジスタがオンすると、電極から半導体基板にキャリアが注入される現象が生じ、逆回復電流が大きくなり、逆回復動作時の損失を抑制することができなくなる。したがって、本明細書では、ピラー領域、バリア領域、中間領域及びカソード領域を有するダイオードにおいて、寄生トランジスタがオンすることを抑制する技術を提供する。

本明細書が開示するダイオードは、半導体基板と、半導体基板の表面に配置されているアノード電極と、半導体基板の裏面に配置されているカソード電極を備えている。半導体基板は、半導体基板を平面視したときに、セルフィールドと、セルフィールドの外側に位置する中間フィールドと、中間フィールドの外側に位置する外周フィールドを備えている。セルフィールドと中間フィールドでは、アノード電極が半導体基板の表面に接しており、外周フィールドでは、アノード電極が半導体基板の表面に接していない。セルフィールドに、アノード電極にオーミック接触しているｐ型の第１アノード領域と、アノード電極に接しているｎ型のピラー領域と、第１アノード領域とピラー領域に裏面側から接しているｎ型のバリア領域と、バリア領域に裏面側から接しているとともにバリア領域によって第１アノード領域から分離されているｐ型の第１中間領域が形成されている。第１アノード領域とピラー領域は、半導体基板を特定断面で断面視したときに、半導体基板の表面に交互に露出するように配置されている。中間フィールドに、アノード電極にオーミック接触しているｐ型の第２アノード領域と、アノード電極に接している正孔抑制領域と、第２アノード領域と正孔抑制領域に裏面側から接しているとともに第１中間領域に接しているｐ型の第２中間領域が形成されている。バリア領域は、中間フィールド内には形成されていない。アノード電極から正孔抑制領域を介して第２中間領域に至る経路上に、アノード電極から第２中間領域に向かう向きにおける障壁が、その逆向きにおける障壁よりも高い障壁構造が形成されている。セルフィールドと中間フィールドと外周フィールドに跨る範囲に、第１中間領域と第２中間領域に裏面側から接しているとともにカソード電極に接しているｎ型のカソード領域が形成されている。

なお、上記の第１アノード領域は、単一のｐ型領域によって構成されていてもよいし、互いに分離している複数のｐ型領域によって構成されていてもよい。また、上記のピラー領域は、単一のｎ型領域によって構成されていてもよいし、互いに分離している複数のｎ型領域によって構成されていてもよい。また、本明細書において、障壁とは、キャリアが障壁構造を通過するのに必要な電位差を意味する。

まず、このダイオードの順方向動作（アノード電極の電位がカソード電極の電位よりも高い場合の動作）について説明する。セルフィールドでは、正孔が、アノード電極から第１アノード領域、バリア領域及び第１中間領域を介してカソード領域に流入する。但し、セルフィールド内では、バリア領域とピラー領域によって、アノード電極からカソード領域への正孔の流入が抑制される。中間フィールドでは、アノード電極から第２アノード領域と第２中間領域を介してカソード領域に正孔が流入する。中間フィールド内には、バリア領域が形成されていない。このため、中間フィールド内では、セルフィールド内よりもカソード領域へ正孔が流入しやすい。しかしながら、中間フィールド内には、正孔抑制領域が形成されている。アノード電極から正孔抑制領域を介して第２中間領域に向かう経路では障壁が高いので、正孔抑制領域を介する経路に正孔はほとんど流れない。また、正孔抑制領域が形成されていることによって、アノード電極と第２アノード領域とのコンタクト面積が小さくなっている。これによって、中間フィールド内でもカソード領域への正孔の流入はある程度抑制される。カソード領域へ流入した正孔の一部は、外周フィールドに拡散する。

次に、このダイオードの逆回復動作について説明する。順方向動作後にカソード電極の電位がアノード電極の電位よりも高くなると、カソード領域内に存在している正孔がアノード電極に排出される。このように排出される正孔によって、ダイオードに逆回復電流が流れる。セルフィールドでは、カソード領域内の正孔が、第１中間領域、バリア領域及び第１アノード領域を介してアノード電極に排出される。セルフィールド内では順方向動作時にカソード領域に流入する正孔が少ないので、逆回復動作時にアノード電極に排出される正孔も少ない。したがって、セルフィールド内を流れる逆回復電流は、第１中間領域の電位をそれほど上昇させない。中間フィールドでは、カソード領域内の正孔が、第２中間領域と第２アノード領域を介してアノード電極に流れる。このとき、中間フィールド内のカソード領域に存在する正孔だけでなく、外周フィールド内のカソード領域に存在する正孔も、中間フィールド（すなわち、第２中間領域と第２アノード領域）を介してアノード電極に排出される。すなわち、中間フィールドに逆回復電流が集中して流れる。しかしながら、中間フィールドにはバリア領域が形成されておらず、第２中間領域が直接第２アノード領域に接触している。このため、中間フィールドに逆回復電流が集中して流れても、第２中間領域の電位はそれほど上昇しない。さらに、順方向動作時に正孔抑制領域によってカソード領域への正孔の流入がある程度は抑制されているので、逆回復動作時に第２中間フィールドに流れる逆回復電流もある程度は抑制される。これによっても、第２中間領域の電位の上昇が抑制される。このように、第２中間領域の電位の上昇が抑制されるので、第２中間領域に接している第１中間領域の電位の上昇も抑制される。このように、中間フィールド内を流れる逆回復電流も、第１中間領域の電位をそれほど上昇させない。このように、逆回復動作時に第１中間領域の電位があまり上昇しないので、セルフィールド内の寄生トランジスタ（すなわち、バリア領域、第１中間領域及びカソード領域によって構成されるｎｐｎトランジスタ）がオンし難い。このダイオードによれば、セルフィールド内の寄生トランジスタのオンが抑制される。したがって、寄生トランジスタがオンすることによる損失の発生が抑制される。

実施例１のダイオード１０の平面図。 図１のＡ−Ａ線（ｘ方向に伸びる直線）における縦断面図。 図１のＡ−Ａ線における縦断面図。 図１のＡ−Ａ線における縦断面図。 比較例のダイオードの縦断面図。 実施例２のダイオードの縦断面図。 実施例２のダイオードの縦断面図。

図１に示すように、実施例１のダイオード１０は、半導体基板１２を有している。なお、以下では、半導体基板１２の表面に平行な一方向をｘ方向といい、半導体基板１２の表面に平行でｘ方向に直交する方向をｙ方向といい、半導体基板１２の厚み方向（すなわち、ｘ方向及びｙ方向に直交する方向）をｚ方向という。半導体基板１２の表面には、アノード電極１４が形成されている。図２に示すように、半導体基板１２の表面の外周部は、絶縁膜１５に覆われている。アノード電極１４は、絶縁膜１５が形成されていない領域（半導体基板１２の表面の中央部）において半導体基板１２に接している。すなわち、半導体基板１２の表面の中央部に、アノード電極１４と半導体基板１２とが互いにコンタクトしているコンタクト部１４ａが形成されている。絶縁膜１５が形成されている領域（半導体基板１２の表面の外周部）では、アノード電極１４は、絶縁膜１５上に形成されており、半導体基板１２に接していない。以下では、図１に示すように半導体基板１２をその厚み方向（すなわち、ｚ方向）に沿って平面視したときに、コンタクト部１４ａと重複する半導体領域を素子フィールド２０という。また、素子フィールド２０の外側の半導体領域（すなわち、絶縁膜１５に覆われている範囲）を、外周フィールド１８という。

図２に示すように、半導体基板１２の裏面には、カソード電極１６が形成されている。カソード電極１６は、半導体基板１２の裏面の全域を覆っている。すなわち、カソード電極１６は、素子フィールド２０の裏面と外周フィールド１８の裏面に跨って形成されている。

素子フィールド２０内のコンタクト部１４ａ（すなわち、半導体基板１２の表面）に露出する範囲には、複数のアノード領域３０（すなわち、３０ａ及び３０ｂ）と複数のピラー領域３２（すなわち、３２ａ及び３２ｂ）が形成されている。各アノード領域３０は、ｐ型不純物濃度が高いｐ型領域である。各アノード領域３０は、アノード電極１４にオーミック接触している。各アノード領域３０は、ｙ方向に長く伸びている。各ピラー領域３２は、ｎ型不純物濃度が高いｎ型領域である。各ピラー領域３２は、アノード電極１４にオーミック接触している。但し、各ピラー領域３２のｎ型不純物濃度が低い濃度に調整されており、各ピラー領域３２がアノード電極１４にショットキー接触していてもよい。各ピラー領域３２は、ｙ方向に長く伸びている。アノード領域３０とピラー領域３２は、コンタクト部１４ａに露出する表層部において、ｘ方向において交互に繰り返し出現するように配置されている。すなわち、アノード領域３０とピラー領域３２は、ｘ方向において、半導体基板１２の表面に交互に露出している。アノード領域３０とピラー領域３２は、互いに隣接している。

アノード領域３０とピラー領域３２の下側（裏面側）には、ｎ型のバリア領域３４が形成されている。バリア領域３４は、アノード領域３０とピラー領域３２に下側から接している。図１に示すように、バリア領域３４は、素子フィールド２０内の中央部にのみ形成されており、素子フィールド２０の外周部には形成されていない。すなわち、バリア領域３４と外周フィールド１８の間には間隔が設けられている。以下では、図１に示すように半導体基板１２をその厚み方向に沿って平面視したときに、バリア領域３４と重複する範囲の半導体領域をセルフィールド２４という。また、セルフィールド２４と外周フィールド１８の間の範囲（すなわち、セルフィールド２４の外側であって素子フィールド２０内の範囲）を、中間フィールド２２という。また、セルフィールド２４内のアノード領域３０を第１アノード領域３０ａといい、中間フィールド２２内のアノード領域３０を第２アノード領域３０ｂという。また、セルフィールド２４内のピラー領域３２を第１ピラー領域３２ａといい、中間フィールド２２内のピラー領域３２を第２ピラー領域３２ｂという。

バリア領域３４の下側には、第１中間領域３６が形成されている。第１中間領域３６は、アノード領域３０よりもｐ型不純物濃度が低いｐ型領域である。第１中間領域３６は、バリア領域３４に下側から接している。第１中間領域３６は、バリア領域３４によって第１アノード領域３０ａから分離されている。

上述したように、中間フィールド２２内の第２アノード領域３０ｂと第２ピラー領域３２ｂの下側には、バリア領域３４が形成されていない。中間フィールド２２内では、第２アノード領域３０ｂと第２ピラー領域３２ｂの下側に、第２中間領域４４が形成されている。第２中間領域４４は、アノード領域３０よりもｐ型不純物濃度が低いｐ型領域である。第２中間領域４４は、第２アノード領域３０ｂと第２ピラー領域３２ｂに下側から接している。第２中間領域４４は、第２アノード領域３０ｂ及び第２ピラー領域３２ｂの下端の深さから、セルフィールド２４内の第１中間領域３６の下端の深さまで伸びている。第２中間領域４４は、セルフィールド２４内のバリア領域３４及び第１中間領域３６と接している。第２中間領域４４のｐ型不純物濃度は、第１中間領域３６のｐ型不純物濃度と略等しい。すなわち、第２中間領域４４と第１中間領域３６は、実質的に連続するｐ型領域である。

なお、中間フィールド２２の幅Ｌ１（すなわち、ｘ方向におけるバリア領域３４と外周フィールド１８の間の間隔）は、後述するドリフト領域５０内における正孔の拡散長よりも長い。

外周フィールド１８には、終端ｐ型領域６０が形成されている。終端ｐ型領域６０は、外周フィールド１８と中間フィールド２２に跨って形成されている。終端ｐ型領域６０は、半導体基板１２の表面から、第２中間領域４４の下端と略同じ深さまで形成されている。終端ｐ型領域６０は、最も外周側の第２アノード領域３０ｂ及び第２中間領域４４に接している。

第１中間領域３６、第２中間領域４４及び終端ｐ型領域６０の下側には、ｎ型のカソード領域５６が形成されている。カソード領域５６は、ドリフト領域５０、バッファ領域５２及び複数のカソードコンタクト領域５４を有している。

ドリフト領域５０は、ｎ型不純物濃度が低いｎ型領域である。ドリフト領域５０は、セルフィールド２４、中間フィールド２２及び外周フィールド１８に跨って伸びている。ドリフト領域５０は、第１中間領域３６、第２中間領域４４及び終端ｐ型領域６０に下側から接している。また、ドリフト領域５０は、終端ｐ型領域６０よりも外周側まで伸びており、そこで半導体基板１２の表面及び端面に露出している。

バッファ領域５２は、ドリフト領域５０よりもｎ型不純物濃度が高いｎ型領域である。バッファ領域５２は、ドリフト領域５０の下側に形成されている。バッファ領域５２は、セルフィールド２４、中間フィールド２２及び外周フィールド１８に跨って伸びている。セルフィールド２４、中間フィールド２２及び外周フィールド１８のそれぞれで、バッファ領域５２はドリフト領域５０に下側から接している。

バッファ領域５２の下側には、上述した複数のカソードコンタクト領域５４と、複数の電子抑制領域５８が形成されている。カソードコンタクト領域５４と電子抑制領域５８は、半導体基板１２の裏面に露出する範囲に形成されている。各カソードコンタクト領域５４は、バッファ領域５２よりもｎ型不純物濃度が高いｎ型領域である。各カソードコンタクト領域５４は、バッファ領域５２に下側から接している。各カソードコンタクト領域５４は、カソード電極１６にオーミック接触している。各カソードコンタクト領域５４は、ｙ方向に長く伸びている。各電子抑制領域５８は、ｐ型不純物濃度が高いｐ型領域である。各電子抑制領域５８は、バッファ領域５２に下側から接している。各電子抑制領域５８は、カソード電極１６にオーミック接触している。各電子抑制領域５８は、ｙ方向に長く伸びている。カソードコンタクト領域５４と電子抑制領域５８は、ｘ方向において交互に繰り返し出現するように配置されている。カソードコンタクト領域５４と電子抑制領域５８の繰り返し構造は、セルフィールド２４、中間フィールド２２及び外周フィールド１８に跨って形成されている。

次に、ダイオード１０の動作について説明する。最初に、ダイオード１０に順方向電圧（アノード電極１４がカソード電極１６よりも高電位となる電圧）を印加するときの動作について説明する。

順方向電圧を徐々に増加させていくと、セルフィールド２４内に、図２の矢印８０に示すように電子が流れる。すなわち、電子が、カソード電極１６からカソードコンタクト領域５４とバッファ領域５２を介してドリフト領域５０に流入する。ドリフト領域５０に流入した電子は、第１中間領域３６を通過してバリア領域３４に入り、バリア領域３４から第１ピラー領域３２ａを介してアノード電極１４に流れる。第１中間領域３６はｐ型であるが、不純物濃度が低くて厚みが薄いために、電子は第１中間領域３６を通過する。このように、比較的低い順方向電圧が印加されている状態では、バリア領域３４から第１ピラー領域３２ａを介してアノード電極１４に電子が流れるため、バリア領域３４の電位がアノード電極１４の電位と略等しくなる。このため、第１アノード領域３０ａとバリア領域３４の界面のｐｎ接合７０に電位差が生じ難い。したがって、この段階では、ｐｎ接合７０はオンしない。

順方向電圧をさらに上昇させていくと、セルフィールド２４内で矢印８０に示すように流れる電子が増加し、バリア領域３４とアノード電極１４の間の電位差が大きくなる。すると、この電位差の増加に伴って、ｐｎ接合７０に印加される電位差が大きくなる。ｐｎ接合７０に印加される電位差が所定値を超えると、ｐｎ接合７０がオンする。すると、図３の矢印８４に示すように、正孔が流れる。すなわち、正孔が、アノード電極１４から、第１アノード領域３０ａ、バリア領域３４及び第１中間領域３６を介して、ドリフト領域５０に流入する。第１中間領域３６はｐ型であるが、不純物濃度が低くて厚みが薄いために、正孔は第１中間領域３６を通過する。ドリフト領域５０に流入した正孔は、バッファ領域５２とカソードコンタクト領域５４を介してカソード電極１６へ流れる。また、ｐｎ接合７０がオンすると、矢印８４の逆向きに電子が流れる。すなわち、電子が、カソード電極１６から、カソードコンタクト領域５４とバッファ領域５２を介してドリフト領域５０に流入する。ドリフト領域５０に流入した電子は、第１中間領域３６、バリア領域３４及び第１アノード領域３０ａを介してアノード電極１４へ流れる。

以上に説明したように、セルフィールド２４では、順方向電圧が低い段階ではバリア領域３４とピラー領域３２を介して電子が流れることで、ｐｎ接合７０に電位差が生じ難くなっている。したがって、順方向電圧が十分に高くなった段階で、ｐｎ接合７０がオンする。すなわち、ｐｎ接合７０がオンするタイミングが遅くなる。これによって、ドリフト領域５０に正孔が流入することが抑制される。

他方、中間フィールド２２にはバリア領域３４が形成されていないので、中間フィールド２２では図２の矢印８０のような電子の流れは生じない。中間フィールド２２では、第２アノード領域３０ｂが第２中間領域４４に直接接しているので、第２中間領域４４の電位がアノード電極１４の電位と略等しくなる。したがって、順方向電圧を上昇させると、第２中間領域４４とドリフト領域５０の界面のｐｎ接合７２に電位差が生じやすい。このため、中間フィールド２２では、順方向電圧が比較的低い段階でｐｎ接合７２がオンする。その結果、中間フィールド２２では、図２の矢印８２に示すように、正孔が流れる。すなわち、正孔が、アノード電極１４から、第２アノード領域３０ｂ、第２中間領域４４を介して、ドリフト領域５０に流入する。ドリフト領域５０に流入した正孔は、バッファ領域５２とカソードコンタクト領域５４を介してカソード電極１６へ流れる。また、ｐｎ接合７２がオンすると、矢印８２の逆向きに電子が流れる。すなわち、電子が、カソード電極１６から、カソードコンタクト領域５４とバッファ領域５２を介してドリフト領域５０に流入する。ドリフト領域５０に流入した電子は、第２中間領域４４と第２アノード領域３０ｂを介してアノード電極１４へ流れる。その後、順方向電圧がさらに上昇しても、図３の矢印８２に示すように、順方向電圧が低い場合と同様に中間フィールド２２に電流が流れる。図３のように中間フィールド２２のｐｎ接合７２とセルフィールド２４のｐｎ接合７０がオンすることで、ダイオード１０がオンする。

以上に説明したように、中間フィールド２２では、順方向電圧が比較的低い段階でｐｎ接合７２がオンする。すなわち、中間フィールド２２のｐｎ接合７２は、セルフィールド２４のｐｎ接合７０よりも早いタイミングでオンする。このため、中間フィールド２２では、セルフィールド２４よりも早いタイミングで、ドリフト領域５０への正孔の流入が開始する。したがって、中間フィールド２２では、セルフィールド２４よりもドリフト領域５０に正孔が流入しやすい。

また、図３に示すようにドリフト領域５０に正孔が流入すると、ドリフト領域５０内で一部の正孔が外周フィールド１８に拡散する。したがって、ダイオード１０がオンしている状態では、外周フィールド１８のドリフト領域５０内にも正孔が存在している。

なお、中間フィールド２２のアノード電極１４側（表面側）の表層部には第２アノード領域３０ｂと第２ピラー領域３２ｂが形成されている。第２ピラー領域３２ｂと第２中間領域４４の界面にはｐｎ接合７４が形成されている。ｐｎ接合７４では、第２中間領域４４から第２ピラー領域３２ｂに向かう向きでは障壁が小さいが、第２ピラー領域３２ｂから第２中間領域４４に向かう向きでは障壁が大きい。したがって、中間フィールド２２内でアノード電極１４からドリフト領域５０に向かって流れる正孔は、矢印８２に示すように第２アノード領域３０ｂを介して流れ、第２ピラー領域３２ｂにはほとんど流れない。このように、中間フィールド２２のアノード電極１４側の表層部に部分的にｎ型の第２ピラー領域３２ｂ配置することで、正孔がドリフト領域５０に流入する経路を狭めることができる。これによって、中間フィールド２２でも、正孔のドリフト領域５０への流入をある程度は抑制することができる。

また、このダイオードでは、カソード電極１６側（裏面側）の表層部にカソードコンタクト領域５４と電子抑制領域５８が交互に形成されている。上述したように、ダイオード１０がオンすると、カソードコンタクト領域５４を介してカソード電極１６からドリフト領域５０に電子が流入する。カソード電極１６からドリフト領域５０に流入する電子は、電子抑制領域５８にはほとんど流れない。このように、半導体基板１２の裏面側の表層部に部分的にｐ型の電子抑制領域５８を配置することで、電子がドリフト領域５０に流入する経路を狭めることができる。これによって、電子のドリフト領域５０への流入をある程度抑制することができる。

次に、ダイオード１０への印加電圧を順方向電圧から逆方向電圧に切り換える場合のダイオード１０の動作（すなわち、ダイオード１０の逆回復動作）について説明する。図３に示すようにダイオード１０がオンしている状態において、印加電圧を順方向電圧から逆方向電圧に切り換える。すると、図４の矢印８６、８８及び９０に示すように、ドリフト領域５０内の正孔がアノード電極１４に排出される。

セルフィールド２４内では、矢印８６に示すように、ドリフト領域５０から、第１中間領域３６、バリア領域３４及びアノード領域３０を介してアノード電極１４に正孔が排出される。上述したように、セルフィールド２４では、順方向電圧印加時にドリフト領域５０への正孔の流入が効果的に抑制される。したがって、逆回復動作時にドリフト領域５０からアノード電極１４へ排出される正孔が少ない。したがって、セルフィールド２４には、高い逆回復電流は流れない。セルフィールド２４に流れる逆回復電流が小さいので、セルフィールド２４に流れる逆回復電流は、第１中間領域３６の電位をそれほど上昇させない。

中間フィールド２２内では、矢印８８に示すように、ドリフト領域５０から、第２中間領域４４と第２アノード領域３０ｂを介してアノード電極１４に正孔が排出される。また、外周フィールド１８のドリフト領域５０内に存在する正孔は、矢印９０に示すように中間フィールド２２のドリフト領域５０内に流入する。外周フィールド１８から中間フィールド２２に流入した正孔も、矢印８８に示す経路を通ってアノード電極１４に排出される。このため、中間フィールド２２には逆回復電流が集中する。中間フィールド２２には、高い逆回復電流が流れる。

ここで、比較のために、図５に示すように素子フィールド２０の全体にバリア領域３４が形成されているダイオードについて検討する。この場合も、素子フィールド２０の外周部に逆回復電流（正孔）が集中する。図５では、素子フィールド２０の外周部に矢印９２、９４に示すように逆回復電流が流れる。矢印９２に示す経路は、バリア領域３４とアノード領域３０の界面のｐｎ接合７６を通過する。ｐｎ接合７６の障壁は、矢印９２に示す向きに流れる正孔に対して高いので、矢印９２に示すように逆回復電流が流れるとｐ型の中間領域３６の電位が上昇する。中間領域３６の電位上昇は、逆回復電流が集中する部分（すなわち、素子フィールド２０のうちの外周フィールド１８近傍の部分）で顕著となる。中間領域３６の電位が上昇すると、ｎ型のバリア領域３４、ｐ型の中間領域３６及ｎ型のカソード領域５６によって構成されている寄生トランジスタ（ｎｐｎトランジスタ）がオンする。すると、バリア領域３４、中間領域３６、カソード領域５６及び電子抑制領域５８によって構成されている寄生サイリスタもオンする。このように寄生トランジスタ及び寄生サイリスタがオンすると、カソード電極１６から半導体基板１２に正孔が流入し、流入した正孔がアノード電極１４へ流れる。また、アノード電極１４から半導体基板１２に電子が流入し、流入した電子がカソード電極１６へ流れる。このように、アノード電極１４とカソード電極１６の間に正孔と電子が流れ、高い逆回復電流が流れる。このため、逆回復動作時に高い損失が発生する。

これに対して、図４に示す実施例１のダイオード１０では、中間フィールド２２にバリア領域３４が形成されていないので、矢印８８に示すように逆回復電流が流れても、第２中間領域４４の電位はあまり上昇しない。その結果、第２中間領域４４と繋がっている第１中間領域３６の電位もあまり上昇しない。このように、中間フィールド２２に流れる逆回復電流は、第１中間領域３６の電位をそれほど上昇させない。

以上に説明したように、ダイオード１０では、逆回復動作時に、第１中間領域３６の電位があまり上昇しない。このため、バリア領域３４、第１中間領域３６及びカソード領域５６によって構成されている寄生トランジスタがオンすることが抑制される。すなわち、バリア領域３４、第１中間領域３６、カソード領域５６及び電子抑制領域５８によって構成されている寄生サイリスタがオンすることが抑制される。

また、上述したように、中間フィールド２２では、順方向電圧印加時に第２ピラー領域３２ｂによってドリフト領域５０への正孔の流入が抑制される。したがって、逆回復動作時に中間フィールド２２に流れる逆回復電流が抑制される。これによっても、第２中間領域４４及び第１中間領域３６の電位の上昇が抑制され、寄生トランジスタ及び寄生サイリスタがオンし難くなっている。

また、ダイオード１０では、中間フィールド２２の幅Ｌ１（すなわち、ｘ方向におけるバリア領域３４と外周フィールド１８の間の間隔）が、ドリフト領域５０内における正孔の拡散長よりも長い。このため、逆回復動作時に、外周フィールド１８のドリフト領域５０内の正孔が、バリア領域３４に到達することが無い。すなわち、外周フィールド１８のドリフト領域５０内の正孔が、バリア領域３４を通ってアノード電極１４に排出されることが無い。これによって、第１中間領域３６の電位がより上昇し難くなっている。このため、寄生トランジスタ及び寄生サイリスタがよりオンし難くなっている。

このように、寄生トランジスタと寄生サイリスタのオンが抑制されることで、逆回復動作時に生じる損失が抑制される。

また、逆回復動作時には、ドリフト領域５０内に存在する電子が、カソード電極１６に排出される。このように排出される電子によっても、逆回復電流が流れる。しかしながら、実施例１のダイオード１０では、順方向電圧印加時に、電子抑制領域５８によってカソード電極１６からドリフト領域５０への電子の流入が抑制される。したがって、逆回復動作時にドリフト領域５０からカソード電極１６に排出される電子が少ない。これによっても、逆回復動作時の損失が抑制される。

以上に説明したように、実施例１のダイオード１０では、ドリフト領域５０への正孔の流入を抑制するためのバリア領域３４が、セルフィールド２４に形成されている一方で、中間フィールド２２には形成されていない。これによって、中間フィールド２２に逆回復電流が集中しても、第２中間領域４４の電位が上昇し難くなっている。また、中間フィールド２２では、第２ピラー領域３２ｂによって逆回復電流自体が抑制され、これによっても第２中間領域４４の電位が上昇し難くなっている。このため、第１中間領域３６の電位の上昇が抑制され、寄生トランジスタのオンが抑制される。その結果、逆回復動作時の損失が抑制される。

なお、上述した実施例１のダイオード１０では、中間フィールド２２において第２アノード領域３０ｂと第２ピラー領域３２ｂが交互に繰り返し形成されていた。しかしながら、中間フィールド２２の表面側の表層部に第２アノード領域３０ｂと第２ピラー領域３２ｂが形成されていれば、これらがどのように配置されていてもよい。

また、上述した実施例１のダイオード１０では、終端ｐ型領域６０に隣接する位置に第２アノード領域３０ｂが形成されていた。しかしながら、終端ｐ型領域６０に隣接する位置に第２ピラー領域３２ｂが形成されていてもよい。この構成によれば、順方向電圧印加時に、外周フィールド１８のドリフト領域５０への正孔の流入をより効果的に抑制することができる。したがって、中間フィールド２２に流れる逆回復電流を抑制することができる。

また、上述した実施例１のダイオード１０において、中間フィールド２２内でｘ方向にアノード領域３０とピラー領域３２が繰り返すピッチをさらに短くしてもよい。例えば、当該ピッチを、中間フィールド２２でセルフィールド２４よりも短くしてもよい。逆回復動作時にアノード電極１４に排出される正孔は、第２ピラー領域３２ｂを迂回して第２アノード領域３０ｂを流れる。上記のピッチを短くすることで、正孔が第２ピラー領域３２ｂを迂回して流れるときの経路が短くなり、第２中間領域４４及び第１中間領域３６の電位の上昇をさらに効果的に抑制することが可能となる。

実施例１のダイオード１０と請求項のダイオードとの関係について説明する。実施例１の第１ピラー領域３２ａは、請求項のピラー領域の一例である。実施例１の第２ピラー領域３２ｂは、請求項の正孔抑制領域（ｎ型領域である正孔抑制領域）の一例である。実施例１のｐｎ接合７４は、請求項の障壁構造の一例である。実施例１のドリフト領域５０は、請求項の第２中間領域に隣接する部分のカソード領域の一例である。

図６は、実施例２のダイオードの図２に対応する縦断面を示している。図２と図６を比較することで明らかなように、実施例２のダイオードでは、実施例１のダイオード１０の第２ピラー領域３２ｂ（中間フィールド２２内のピラー領域３２）の代わりに、ショットキー領域４３が形成されている。この点を除いて、実施例２のダイオードの構造は、実施例１のダイオード１０の構造と等しい。

実施例２のダイオードの中間フィールド２２には、複数のショットキー領域４３が形成されている。各ショットキー領域４３は、ｐ型不純物濃度が低いｐ型領域である。各ショットキー領域４３のｐ型不純物濃度は、アノード領域３０のｐ型不純物濃度よりも低く、第２中間領域４４のｐ型不純物濃度と略等しい。各ショットキー領域４３は、アノード電極１４にショットキー接触している。各ショットキー領域４３は、ｙ方向に長く伸びている。第２アノード領域３０ｂとショットキー領域４３は、ｘ方向において交互に繰り返し出現するように配置されている。第２アノード領域３０ｂとショットキー領域４３は、互いに隣接している。第２アノード領域３０ｂとショットキー領域４３の下側には、第２中間領域４４が形成されている。第２中間領域４４は、第２アノード領域３０ｂとショットキー領域４３に下側から接している。上記の通り、ショットキー領域４３と第２中間領域４４はｐ型不純物濃度が略等しいので、ショットキー領域４３と第２中間領域４４は実質的に連続するｐ型領域である。

次に、実施例２のダイオードの動作について説明する。実施例２のダイオードに印加する順方向電圧を徐々に増加させていく場合を考える。実施例２のセルフィールド２４は、実施例１のセルフィールド２４と同様に動作する。したがって、順方向電圧印加時には、バリア領域３４によってセルフィールド２４のドリフト領域５０に正孔が流入することが抑制される。他方、中間フィールド２２にはバリア領域３４が形成されておらず、第２アノード領域３０ｂが第２中間領域４４に直接接している。このため、第２中間領域４４の電位がアノード電極１４の電位と略等しくなる。したがって、第２中間領域４４とドリフト領域５０の界面のｐｎ接合７２に電位差が生じやすい。このため、中間フィールド２２では、順方向電圧が比較的低い段階で、ｐｎ接合７２がオンする。その結果、中間フィールド２２では、図６の矢印９６に示すように、正孔が流れる。すなわち、正孔が、アノード電極１４から、第２アノード領域３０ｂと第２中間領域４４を介してドリフト領域５０に流入する。ドリフト領域５０に流入した正孔は、カソード電極１６へ流れる。また、ｐｎ接合７２がオンすると、矢印９６の逆向きに電子が流れる。

以上に説明したように、中間フィールド２２では、順方向電圧が比較的低い段階でｐｎ接合７２がオンし、正孔と電子が流れる。すなわち、中間フィールド２２のｐｎ接合７２は、セルフィールド２４のｐｎ接合７０よりも早いタイミングでオンする。したがって、中間フィールド２２では、セルフィールド２４よりも早いタイミングで、ドリフト領域５０への正孔の流入が開始する。したがって、中間フィールド２２では、セルフィールド２４よりもドリフト領域５０に正孔が流入しやすい。

なお、中間フィールド２２のアノード電極１４側（表面側）の表層部には第２アノード領域３０ｂとショットキー領域４３が交互に形成されている。ショットキー領域４３とアノード電極１４の界面にはショットキー接合が形成されている。このショットキー接合では、ショットキー領域４３からアノード電極１４に向かう向きでは障壁が小さいが、アノード電極１４からショットキー領域４３に向かう向きでは障壁が大きい。したがって、中間フィールド２２のｐｎ接合７２がオンしているときにアノード電極１４からドリフト領域５０に向かって流れる正孔は、矢印９６に示すように第２アノード領域３０ｂを介して流れ、ショットキー領域４３にはほとんど流れない。このように、中間フィールド２２のアノード電極１４側の表層部に部分的にショットキー領域４３を配置することで、正孔がドリフト領域５０に流入する経路を狭めることができる。これによって、中間フィールド２２でも、正孔のドリフト領域５０への流入をある程度抑制することができる。

次に、実施例２のダイオードへの印加電圧を順方向電圧から逆方向電圧に切り換える場合のダイオードの動作について説明する。ダイオード１０がオンしている状態において、印加電圧を順方向電圧から逆方向電圧に切り換える。すると、図７の矢印９８、１００、１０２及び１０４に示すように、ドリフト領域５０内の正孔がアノード電極１４に排出される。

セルフィールド２４内では、矢印９８に示すように正孔が排出される。逆回復動作においても、実施例２のセルフィールド２４は、実施例１のセルフィールド２４と同様に動作する。

中間フィールド２２内では、矢印１００に示すように、ドリフト領域５０から、第２中間領域４４とアノード領域３０を介してアノード電極１４に正孔が排出される。

また、中間フィールド２２内の一部の正孔は、矢印１０２に示すように、ドリフト領域５０から、第２中間領域４４を介してショットキー領域４３に流入する。ショットキー領域４３の表面近傍（ショットキー接合近傍）には、ごく薄い空乏層が形成されている。正孔がその空乏層まで到達すると、空乏層内の強い電界によって、正孔がアノード電極１４に排出される。このように、実施例２のダイオードでは、矢印１０２に示す経路でも正孔が流れる。

また、外周フィールド１８のドリフト領域５０内に存在する正孔は、矢印１０４に示すように中間フィールド２２のドリフト領域５０に流入する。このように中間フィールド２２に流入する正孔も、矢印１００、１０２に示す経路を通ってアノード電極１４に排出される。このため、中間フィールド２２には逆回復電流が集中する。中間フィールド２２には、高い逆回復電流が流れる。

しかしながら、実施例２のダイオードでは、中間フィールド２２にバリア領域３４が形成されていないので、矢印１００、１０２、１０４に示すように逆回復電流が流れても、第２中間領域４４の電位はあまり上昇しない。また、実施例２のダイオードでは、アノード領域３０とショットキー領域４３の両方が正孔を排出する経路となっており、正孔を排出する経路が実施例１に比べて広い。したがって、正孔がアノード電極１４に排出され易くなっており、これによって第２中間領域４４の電位がさらに上昇し難くなっている。第２中間領域４４の電位が上昇し難いので、第２中間領域４４と繋がっている第１中間領域３６の電位も上昇し難い。このため、バリア領域３４、第１中間領域３６及びカソード領域５６によって構成されている寄生トランジスタがオンすることが抑制される。すなわち、バリア領域３４、第１中間領域３６、カソード領域５６及び電子抑制領域５８によって構成されている寄生サイリスタがオンすることが抑制される。これによって、逆回復動作時に生じる損失が抑制される。

また、上述したように、実施例２のダイオードでは、ショットキー領域４３によって、順方向電圧印加時における中間フィールド２２のドリフト領域５０への正孔の流入が抑制される。したがって、逆回復動作時に中間フィールド２２に流れる逆回復電流が抑制される。これによっても、第２中間領域４４及び第１中間領域３６の電位の上昇が抑制され、寄生トランジスタ及び寄生サイリスタのオンし難くなっている。

このように、実施例２のダイオードでも、寄生トランジスタと寄生サイリスタのオンが抑制されることで、逆回復動作時に生じる損失が抑制される。

また、実施例２のダイオードでも、順方向電圧印加時に、電子抑制領域５８によってカソード電極１６からドリフト領域５０への電子の流入が抑制される。したがって、逆回復動作時にドリフト領域５０からカソード電極１６に排出される電子が少ない。これによっても、逆回復動作時の損失が抑制される。

以上に説明したように、実施例２のダイオードでは、バリア領域３４が、セルフィールド２４に形成されている一方で、中間フィールド２２には形成されていない。これによって、中間フィールド２２に逆回復電流が集中しても、第２中間領域４４の電位が上昇し難くなっている。また、中間フィールド２２では、ショットキー領域４３によって逆回復電流自体が抑制され、これによっても第２中間領域４４の電位が上昇し難くなっている。このため、第１中間領域３６の電位の上昇が抑制され、寄生トランジスタのオンが抑制される。その結果、逆回復動作時の損失が抑制される。

また、実施例２のダイオードでは、実施例１のピラー領域３２（ｎ型領域）に代えて、ｐ型のショットキー領域４３が形成されている。アノード領域３０と第２中間領域４４に囲まれた範囲にｎ型領域を形成する必要が無いので、半導体基板１２の内部のｐｎ接合の数を減らすことができる。これによって、半導体基板１２の内部の寄生素子の数が少なくなり、意図しない寄生素子の動作を抑制することができる。

なお、上述した実施例２のダイオードでは、中間フィールド２２において第２アノード領域３０ｂとショットキー領域４３が交互に繰り返し形成されていた。しかしながら、中間フィールド２２の表面側の表層部に第２アノード領域３０ｂとショットキー領域４３が形成されていれば、これらがどのように配置されていてもよい。

また、上述した実施例２のダイオードでは、終端ｐ型領域６０に隣接する位置に第２アノード領域３０ｂが形成されていた。しかしながら、終端ｐ型領域６０に隣接する位置にショットキー領域４３が形成されていてもよい。この構成によれば、順方向電圧印加時に、外周フィールド１８のドリフト領域５０への正孔の流入をより効果的に抑制することができる。したがって、中間フィールド２２に流れる逆回復電流を抑制することができる。

実施例２のダイオードと請求項のダイオードとの関係について説明する。実施例２の第１ピラー領域３２ａは、請求項のピラー領域の一例である。実施例２のショットキー領域４３は、請求項の正孔抑制領域（アノード電極にショットキー接触しているｐ型領域である正孔抑制領域）の一例である。実施例２のショットキー接合は、請求項の障壁構造の一例である。実施例２のドリフト領域５０は、請求項の第２中間領域に隣接する部分のカソード領域の一例である。

なお、上述した実施例１、２では、半導体基板１２にダイオードが形成されていたが、半導体基板１２にダイオードに加えてＩＧＢＴが形成されていてもよい。この場合、アノード電極１４をＩＧＢＴのエミッタ電極と兼用させ、カソード電極１６をＩＧＢＴのコレクタ電極と兼用させることができる。また、この場合、ｐ型の電子抑制領域５８を、ＩＧＢＴのコレクタ領域として機能させることができる。

また、上述した実施例１、２のダイオードは、電子抑制領域５８を有していたが、電子抑制領域５８を有していなくてもよい。例えば、半導体基板１２の裏面に露出する範囲全体に、カソードコンタクト領域５４が形成されていてもよい。

また、上述した実施例１、２のダイオードにおいて、終端ｐ型領域６０に隣接する第２アノード領域３０ｂのｘ方向におけるコンタクト幅（アノード電極１４に接している領域の幅）を、他の第２アノード領域３０ｂよりも広くしてもよい。これによって、逆回復動作時に外周フィールド１８から中間フィールド２２に流入する正孔がアノード電極１４に排出され易くなり、第２中間領域４４及び第１中間領域３６の電位の上昇をさらに効果的に抑制することが可能となる。

また、上述した実施例１、２では、セルフィールド２４の表面側の表層部に、複数のアノード領域３０と複数のピラー領域３２が形成されていた。しかしながら、図示しない位置で各アノード領域３０が互いに繋がっていてもよく、図示しない位置で各ピラー領域３２が互いに繋がっていてもよい。つまり、特定の縦断面においてアノード領域３０とピラー領域３２の繰り返し構造が形成されていれば、セルフィールド２４に単一のアノード領域３０が形成されていてもよく、セルフィールド２４に単一のピラー領域３２が形成されていてもよい。

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。

１０ ：ダイオード
１２ ：半導体基板
１４ ：アノード電極
１４ａ ：コンタクト部
１５ ：絶縁膜
１６ ：カソード電極
１８ ：外周フィールド
２０ ：素子フィールド
２２ ：中間フィールド
２４ ：セルフィールド
３０ａ ：第１アノード領域
３０ｂ ：第２アノード領域
３２ａ ：第１ピラー領域
３２ｂ ：第２ピラー領域
３４ ：バリア領域
３６ ：第１中間領域
４４ ：第２中間領域
５０ ：ドリフト領域
５２ ：バッファ領域
５４ ：カソードコンタクト領域
５６ ：カソード領域
５８ ：電子抑制領域

Claims (4)

1. ダイオードであって、半導体基板と、前記半導体基板の表面に配置されているアノード電極と、前記半導体基板の裏面に配置されているカソード電極を備えており、
   前記半導体基板を平面視したときに、前記半導体基板が、セルフィールドと、前記セルフィールドの外側に位置する中間フィールドと、前記中間フィールドの外側に位置する外周フィールドを備えており、
   前記セルフィールドと前記中間フィールドでは、前記アノード電極が前記半導体基板の表面に接しており、前記外周フィールドでは、前記アノード電極が前記半導体基板の表面に接しておらず、
   前記セルフィールドに、
   前記アノード電極にオーミック接触しているｐ型の第１アノード領域と、
   前記アノード電極に接しており、特定断面で断面視したときに前記半導体基板の前記表面に前記第１アノード領域と交互に露出するｎ型のピラー領域と、
   前記第１アノード領域と前記ピラー領域に裏面側から接しているｎ型のバリア領域と、
   前記バリア領域に裏面側から接しており、前記バリア領域によって前記第１アノード領域から分離されているｐ型の第１中間領域、
   が形成されており、
   前記中間フィールドに、
   前記アノード電極にオーミック接触しているｐ型の第２アノード領域と、
   前記アノード電極に接している正孔抑制領域と、
   前記第２アノード領域と前記正孔抑制領域に裏面側から接しており、前記第１中間領域に接しているｐ型の第２中間領域、
   が形成されており、
   前記バリア領域が、前記中間フィールド内に形成されておらず、
   前記アノード電極から前記正孔抑制領域を介して前記第２中間領域に至る経路上に、前記アノード電極から前記第２中間領域に向かう向きにおける障壁がその逆向きにおける障壁よりも高い障壁構造が形成されており、
   前記セルフィールドと前記中間フィールドと前記外周フィールドに跨る範囲に、前記第１中間領域と前記第２中間領域に裏面側から接しており、前記カソード電極に接しているｎ型のカソード領域が形成されている
   ダイオード。
2. 前記正孔抑制領域が、ｎ型領域である請求項１のダイオード。
3. 前記正孔抑制領域が、前記アノード電極にショットキー接触しているｐ型領域である請求項１のダイオード。
4. 前記中間フィールドの幅が、前記第２中間領域に隣接する部分における前記カソード領域の正孔拡散長よりも長い請求項１〜３のいずれか一項のダイオード。

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