JP3080561B2 - パワースイッチングデバイス - Google Patents

パワースイッチングデバイス

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JP3080561B2 JP07070700A JP7070095A JP3080561B2 JP 3080561 B2 JP3080561 B2 JP 3080561B2 JP 07070700 A JP07070700 A JP 07070700A JP 7070095 A JP7070095 A JP 7070095A JP 3080561 B2 JP3080561 B2 JP 3080561B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、フリーホイリングダイ
オードを内蔵するMOSFET及びバイポーラトランジ
スタ等のパワースイッチングデバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】スイッチングレギュレ−タ等の高周波さ
れた機器には、高周波スイッチングできるMOSFET
又はバイポ−ラトランジスタ等のパワ−スイッチングデ
バイスが用いられる。このパワ−スイッチングデバイス
は図に示すように小さなセルが複数個並列に設けら
れ、セルとセルとの間にフリ−ホイリングダイオ−ドを
構成している。
【0003】すなわち、高濃度のN形半導体層1の上に
エピタキシャル成長又は熱拡散により形成した低濃度
(例えば1立方センチメ−トル当たり10の15乗アト
ム)のN形層2の所望個所に、ボロン、ガリウム等の高
濃度のP形不物を熱拡散し、図のA−A断面を示す
に示すように高濃度(例えば1立方センチメ−トル
当たり10の18乗アトム)で深いP形半導体層3を形
成する。次に上記高濃度のP形半導体層3を含めP形半
導体層3より広い領域にボロン、ガリウムなどの低濃度
のP形不純物を熱拡散し、低濃度(例えば1立方センチ
メ−トル当たり10の15乗アトム)で浅いP形半導体
層14を形成する。この低濃度のP形半導体層14の領
域にリン等の高濃度のN形不純物を熱処理拡散し、高濃
度(例えば1立方センチメ−トル当たり10の18乗ア
トム)で浅いN形半導体層5を形成する。この後、1つ
の低濃度のP形半導体層14と、その隣のセルの低濃度
のP形半導体層14とをシリコン酸化膜6で覆い、その
上にアルミニウムによるゲ−ト電極7を形成し、さらに
酸化膜6に同じ酸化膜を形成して、酸化膜6によりゲ−
ト電極7を封止する。次に表面をアルミニウムによるソ
−ス電極8を形成し、また、高濃度のN形半導体層1側
表面にドレイン電極9を形成してフリ−ホイリングダイ
オ−ドを内蔵したMOSFETが得られる。
【0004】ゲ−ト電極7とソ−ス電極8間及びソ−ス
電極8とドレイン9間に電圧を印加すると、ドレイン電
極9、高濃度のN形半導体層1、低濃度のN形半導体層
2、P形半導体層14、N形半導体層5、ソ−ス電極8
により構成されるMOSFET部を介して負荷(図示し
ない)側に電流が流れる。そしてゲ−ト電極7とソ−ス
電極8に印加した電圧を遮断すると、負荷に流れていた
電流も遮断する。ところが、負荷側にインダクタンス分
を有していると、負荷側に流れていた電流は、ソ−ス電
極8、高濃度のP形半導体層3、低濃度のN形半導体層
2、高濃度のN形半導体層1、ドレイン9により構成す
るフリ−ホイリングダイオ−ド部を介して図に示すよ
うにダイオ−ドの順電流として流れる。
【0005】次に上記のダイオードの順電流を遮断する
と、ダイオードの順電流は図に示すように減少し、つい
に負電流が流れ、N形半導体層2及び1の残留キャリア
の減少とともに0となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが上記従来のパ
ワースイッチングデバイスは、ダイオードの逆回復後横
広がり抵抗による損失を少なくするために、図に示す
ように高濃度のP形半導体層3が設けられている。この
ため、低濃度のN形半導体層2に置ける残留キャリアが
多く、高濃度のP形半導体層3付近の残留キャリアの減
少とともに高濃度のN形半導体層1付近の残留キャリア
も引き込まれる。これにより、残留キャリアの減少が急
激に行われ、図に示すように逆回復時間trrが短
く、電流の変化が大きい逆回復電流が流れる。そして、
パワースイッチングデバイスの順方向にスパイク状の電
圧が発生する。このスパイク状の電圧を制御するため
に、パワースイッチングデバイスと並列に大きなスナバ
回路を設けなければならなかった。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明のパワースイッチングデバイスは、第1の
導電形で高濃度の第1の半導体層と、上記第1の半導体
層上に形成された第1の導電形で低濃度の第2の半導体
層と、上記第2の半導体層の表面からその内部に選択的
に形成された第2の導電形で高濃度の第3の半導体層
と、上記第2の半導体層の表面から上記第3の半導体層
を表面において囲む領域及び上記第3の半導体を除く領
域に形成された第2の導電形で低濃度の浅い第4の半導
体層及び第5の半導体層と、上記第4及び第5の半導体
層の表面から選択的に形成された第1の導電形で高濃度
の第6の半導体層と、上記第3の半導体層の表面と上記
第5の半導体層の表面と上記第6の半導体層の表面とを
接続している金属層とを有するものである。
【0008】また、第4の半導体層と、第5の半導体層
とが交互に配置されている。
【0009】また、上記第3の半導体層に対する上記第
5の半導体層の比率を0.5以上に選択されている。
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【作用】第1の導電形で高濃度の第1の半導体層の上に
第1の導電形の低濃度の第2の半導体層を形成する。こ
の第2の半導体層の表面からその内部に第2の導電形で
高濃度の第3の半導体層を形成し、さらに第2の半導体
層の表面から第3の半導体層を囲む領域及び第3の半導
体層を除く領域に第2の導電形で低濃度で浅い第4の半
導体層及び第5の半導体層を形成する。第4及び第5の
半導体層の表面から第1の導電形で高濃度の第6の半導
体層を形成し、第3の半導体層の表面と第5の半導体層
の表面と、第6の半導体層の表面とを金属層で接続し、
パワースイッチングデバイスを形成させる。これによ
り、第1の半導体層と第2の半導体層と第5の半導体層
により構成されるフリーホイリングダイオードの逆回復
時には、第4の半導体層付近の低濃度の第2の半導体層
の残留キャリアが少なく、この残留キャリアの減少によ
って第1の半導体層付近の残留キャリアの引き込まれる
数が少なくなる。これにより残留キャリアの減少緩慢
に行われ、単位時間当たりの逆回復電流の変化は小さく
なる。
【0016】第4の半導体層と第5の半導体層とを交互
に配置することにより、パワースイッチングデバイスに
は均等に電流が流れる。
【0017】第3の半導体層に対する第5の半導体層の
比率を大きくすることにより、残留キャリアの減少がさ
らに緩やかになる。逆に第3の半導体層に対する第5の
半導体層の比率を小さくすると、残留キャリア減少は速
くなる。
【0018】
【0019】
【0020】
【0021】
【実施例】本発明の実施例について、図1ないし図3に
基づき説明する。図1中において、図と同じ符号は同
一のものを示す。本発明のものは高濃度のP形半導体3
を有さないフリーホイリングダイオード部すなわち、低
濃度のP形半導体層4、低濃度のN形半導体2、高濃
度のN形半導体層1により構成されるフリーホイリング
ダイオード部を設け、低濃度のP形半導体層4を有する
フリーホイリングダイオード部と高濃度のP形半導体層
14を有するフリーホイリングダイオード部を交互に配
置したものである。
【0022】すなわち、低濃度のP形半導体層4を有す
るフリーホイリングダイオード部の逆回復時では、図2
に示すように低濃度のP形半導体層4付近の低濃度のN
形半導体層2の残留キャリアが少なく、この残留キャリ
アの減少によって高濃度のN形半導体層1付近の残留キ
ャリアの引き込まれる数が少ない。これにより、残留キ
ャリアの減少が緩慢に行われ、図3に示すように逆回復
時間trrが長くなり、フリーホイリングダイオードに
は電流の変化の小さい逆回復電流が流れる。このため、
パワースイッチングデバイスの順方向に発生するスパイ
ク状の電圧が小さく、パワースイッチングデバイスと並
列に設けていたスナバ回路を小さく又は無くすことがで
きる。
【0023】上記実施例では、低濃度のP形半導体層4
を有するフリーホイリングダイオード部と高濃度のP形
半導体層3を有するフリーホイリングダイオード部とを
交互に設けていたが、高濃度のP形半導体層3に対する
低濃度のP形半導体層4を有するフリーホイリングダイ
オード部を多くすると、例えば、高濃度のP形半導体層
3に対する低濃度のP形半導体層4の比率を0.5以上
に選択すれば、残留キャリアの減少をさら緩やかにする
ことができる。逆に低濃度のP形半導体層4を有するフ
リーホイリングダイオード部を少なくすると、残留キャ
リアの減少を速くすることができる。
【0024】
【0025】
【0026】
【0027】
【0028】
【0029】
【0030】上記実施例では、MOSFETについて説
明したが、バイポーラトランジスタにも適用することが
できる。この場合、ゲート電極にかえてベース電極にす
ることにより行うことができる。また、上記実施例で
は、N形半導体層1を基板にしたパワースイッチングデ
バイスについて説明しているが、P形半導体層を基板に
したものについても適用できる。また、上記実施例で
は、パワースイッチングデバイスは縦形のものに適用さ
れているが、横方向のパワースイッチングデバイスにも
適用することもできる。
【0031】
【発明の効果】以上のように、本発明のパワースイッチ
ングデバイスは、内蔵するフライホイールダイオードの
逆回復時、P形半導体層の残留キャリアの減少に対し
て、N形半導体層側の残留キャリアの減少を緩慢にし、
単位時間当りの電流の変化の小さい逆回復電流が流れ
る。これにより、パワースイッチングデバイスの順方向
に発生するスパイク状の電流が小さく、パワースイッチ
ングデバイスと並列に設けていたスナバ回路を小さくで
き、さらになくするともできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のパワースイッチングデバイスの一実施
例の断面図である。
【図2】図1のパワースイッチングデバイスの濃度分布
図である。
【図3】図1のパワースイッチングデバイスの出力電流
のタイムチャート図である。
【図4】従来のパワースイッチングデバイスの実施例の
断面図である。
【図5】図4のパワースイッチングデバイスの濃度分布
図である。
【図6】図4のパワースイッチングデバイスの出力電流
のタイムチャート図である。
【符号の説明】
1 (高濃度の)N形半導体層(第1の半導体層) 2 (低濃度の)N形半導体層(第2の半導体層) 3 (高濃度の)P形半導体層(第3の半導体層) 4 (低濃度の)P形半導体層(第5の半導体層) 5 (高濃度の)N形半導体層(第6の半導体層) 6 シリコン酸化膜 7 ゲート電極 8 ソース電極 9 ドレイン電極 14 (低濃度の)P形半導体層(第4の半導体層)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−128576(JP,A) 特開 平1−164048(JP,A) 特開 昭62−176168(JP,A) 特開 平5−82791(JP,A) 特開 平4−171769(JP,A) 特開 平3−110867(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/78 H01L 21/336

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の導電形で高濃度の第1の半導体層
    と、上記第1の半導体層上に形成された第1の導電形で
    低濃度の第2の半導体層と、上記第2の半導体層の表面
    からその内部に選択的に形成された第2の導電形で高濃
    度の第3の半導体層と、上記第2の半導体層の表面から
    上記第3の半導体層を表面において囲む領域及び上記第
    3の半導体層を除く領域に形成された第2の導電形で低
    濃度で浅い第4の半導体層及び第5の半導体層と、上記
    第4及び第5の半導体層の表面から選択的に形成された
    第1の導電形で高濃度の第6の半導体層と、上記第3の
    半導体層の表面と上記第5の半導体層の表面と上記第6
    の半導体層の表面とを接続している金属層とを設けたパ
    ワ−スイッチングデバイス。
  2. 【請求項2】 上記第4の半導体層と、上記第5の半導
    体層とが交互に配置された請求項1記載のパワ−スイッ
    チングデバイス。
  3. 【請求項3】 上記第3の半導体層に対する上記第5の
    半導体層の比率を0.5以上に選択された請求項1記載
    のパワ−スイッチングデバイス。
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