JP3412283B2 - Semiconductor device - Google Patents
Semiconductor deviceInfo
- Publication number
- JP3412283B2 JP3412283B2 JP23829194A JP23829194A JP3412283B2 JP 3412283 B2 JP3412283 B2 JP 3412283B2 JP 23829194 A JP23829194 A JP 23829194A JP 23829194 A JP23829194 A JP 23829194A JP 3412283 B2 JP3412283 B2 JP 3412283B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor layer
- anode
- type
- circuited
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Thyristors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はインバータ等でフリーホ
イールダイオードとして使用されるダイオード等の半導
体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】インバータ等に使用されるスイッチの高
速化に伴い、これに逆並列接続するダイオードは、ファ
ストリカバリー化、ソフトリカバリー化が要求されるよ
うになってきた。
【0003】これは、逆回復時に発生する一回当たりの
損失が大きくなると、高い周波数で動作できないこと
と、逆回復後半の逆回復電流上昇率が高いとサージ電圧
が発生し、素子を劣化あるいは破壊してしまうことにな
るからである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来では、逆回復時の
損失を低減するため電子線照射等を使って素子のライフ
タイムを短くして対応しているが、この方法だと逆回復
時の損失は低減できるが同時に逆回復電流上昇率も高く
なってしまう。これは、ダイオードの接合近傍の蓄積速
度が逆回復電流上昇率に作用するが、電子線でライフタ
イムを制御すると、全領域のライフタイムが短くなって
しまうからである。
【0005】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的はサージ電圧を大きく発生させることな
く逆回復時の損失を低減できる高信頼性の半導体装置を
提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体装置は、互いに極性の異なる第1の
半導体層と第2の半導体層を隣接して形成し、前記第1
の半導体層をカソード電極と短絡したカソード層とし、
第2の半導体層をアノード電極と短絡したアノード層と
する半導体層において、前記アノード層を形成する第2
の半導体層を肉厚部と肉薄部からなる波形に形成し、こ
のアノード層を形成する第2の半導体層の一部にこの第
2の半導体層とは極性を異にする第3の半導体層をアノ
ード電極と短絡して設けると共に、前記アノード層の第
3の半導体層直下の第2の半導体層の不純物総量が
(V)1/2・(2εCB/q)以上存在するものであるこ
とを特徴とする。ただし、Vは必要な耐圧、εはシリコ
ンの誘電率、CBは平均不純物濃度、qは電子の電荷量
である。
【0007】
【0008】
【0009】
【0010】
【0011】
【作用】接合近傍のキャリアの消滅速度を速める方法と
して、アノードのP型層を波形に形成し、その浅く形成
されている部分にN型層を形成した構造である。この時
N型層直下のP型層は、ここに電圧印加時に形成される
電界がN型層に達しないように設計する。
【0012】このようにダイオードのアノードを形成す
ることで接合近傍の蓄積キャリアは逆回復時にN型層を
通して急速にアノード電極に排出されることとなり、逆
回復初期の接合回復時間を短くすることができる。
【0013】
【実施例】以下に本発明の実施例を図1〜図3を参照し
ながら説明する。
【0014】図1は本発明の第1実施例による半導体装
置としてのダイオードの断面図であって、同図において
1は半導体基板となるN型半導体層(N-層)、2はN-
層1の一方の主表面に形成された高不純物濃度のN型半
導体層(N+層)であってカソード層を形成する。3は
N-層1の他方の主表面に形成されたP型半導体層(P
型層)であってアノード層を形成する。5はアノード電
極、6はカソード電極である。
【0015】本実施例の特徴とするところは、図1に示
すように、アノードのP型層を断面が波形になるように
形成し、P型層3の浅く形成されている部分にこのP型
層3とは異極性のN型半導体層(N型層)4を形成した
ことである。
【0016】図2は本実施例によるダイオードの濃度プ
ロフィルと電界分布を示すもので、同図に示すように、
アノード層におけるN型層4の直下のP型層3の不純物
総量は、必要な耐圧を得るために(V)1/2・(2εCB
/q)1/2以上存在するようにする。ここで、Vは必要
な耐圧、εはシリコンの誘電率、CBは平均不純物濃
度、qは電子の電荷量である。
【0017】N型層4直下のP型層3は、ここに電圧印
加される電界がN型層4に達しないように設計する必要
がある。このようにダイオードのアノードを形成するこ
とで接合近傍の蓄積キャリアは逆回復時にN型層4を通
して急速にアノード電極5に排出され、逆回復初期の接
合回復時間が短くなる。
【0018】図3は本発明の第2実施例による半導体装
置としてのダイオードを示すもので、本実施例のダイオ
ードは、アノード層のP型層3を波形状に形成し、この
P型層3の突状部3aに隣接してN型層4,4を設ける
とともに、P型層3とN型層4,4が短絡するようにア
ノード電極5を設けたもので、図1のダイオードと同様
な作用,効果が得られる。
【0019】上述の各実施例を要約すると、次の如くで
ある。
【0020】(A).ダイオードのアノード層を波形に
形成する。
【0021】(B).(A)項の波形アノード層の一部
にN型層を設ける。
【0022】(C).(B)項のアノード層のP型部と
N型部が短絡するように電極を形成する。
【0023】(D).(A),(B)又は(C)項のア
ノード層のN型層直下のP型層の不純物総量が耐圧を得
るのに必要な√V・√(2εCB/q)以上存在するこ
とを特徴としたダイオード。ここでVは必要な耐圧,ε
はシリコンの誘電率、CBは平均不純物濃度,qは電子
の電荷量である。
【0024】
【発明の効果】本発明は、上述の如くであって、基本的
には、互いに極性の異なる第1の半導体層と第2の半導
体層を隣接して形成し、前記第1の半導体層をカソード
層とし、第2の半導体層をアノード層とする半導体層に
おいて、前記アノード層を形成する第2の半導体層を肉
厚部と肉薄部からなる波形に形成するものであるから、
逆回復電流上昇率を増加させることなく接合回復時間が
短くなり、サージ電圧を大きく発生させることなく逆回
復時の損失を低減できる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device such as a diode used as a freewheel diode in an inverter or the like. 2. Description of the Related Art As the speed of switches used in inverters and the like has increased, fast recovery and soft recovery of diodes connected in antiparallel have been required. [0003] This is because if the loss per operation at the time of reverse recovery becomes large, it is impossible to operate at a high frequency, and if the reverse recovery current rise rate in the second half of the reverse recovery is high, a surge voltage is generated, and the element is deteriorated or deteriorated. It will be destroyed. [0004] Conventionally, in order to reduce the loss at the time of reverse recovery, electron beam irradiation or the like is used to shorten the life time of the element. The loss at the time of recovery can be reduced, but at the same time, the rate of increase of the reverse recovery current increases. This is because the accumulation speed near the junction of the diode affects the reverse recovery current increase rate, but if the lifetime is controlled by the electron beam, the lifetime in the entire region is shortened. The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a highly reliable semiconductor device capable of reducing a loss at the time of reverse recovery without generating a large surge voltage. In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention comprises a first semiconductor layer and a second semiconductor layer having different polarities adjacent to each other, and First
The semiconductor layer and the cathode electrode and the shorted cathode layer,
In a semiconductor layer having an anode layer in which a second semiconductor layer is short-circuited with an anode electrode, a second layer forming the anode layer may be used.
Is formed in a waveform having a thick portion and a thin portion, and a third semiconductor layer having a polarity different from that of the second semiconductor layer is formed on a part of the second semiconductor layer forming the anode layer. Is provided in such a manner as to be short-circuited with the anode electrode, and the total amount of impurities of the second semiconductor layer immediately below the third semiconductor layer of the anode layer is (V) 1/2 · (2 ε C B / q) or more. There is a feature. However, V is required withstand voltage, epsilon is the dielectric constant of silicon, C B is the average impurity concentration, q is the charge of an electron. As a method for increasing the annihilation rate of carriers near the junction, a P-type layer of the anode is formed in a waveform, and N is formed in a shallow portion thereof. This is a structure in which a mold layer is formed. At this time, the P-type layer immediately below the N-type layer is designed so that an electric field formed when a voltage is applied thereto does not reach the N-type layer. By forming the anode of the diode in this way, the accumulated carriers near the junction are quickly discharged to the anode electrode through the N-type layer at the time of reverse recovery, and the junction recovery time at the beginning of reverse recovery can be shortened. it can. An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a sectional view of a diode as a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an N-type semiconductor layer (N − layer) serving as a semiconductor substrate, and 2 denotes N −.
A high impurity concentration N-type semiconductor layer (N + layer) which is formed on one main surface of the layer 1 and forms a cathode layer. Reference numeral 3 denotes a P-type semiconductor layer (P) formed on the other main surface of the N − layer 1.
Mold layer) to form an anode layer. 5 is an anode electrode and 6 is a cathode electrode. The feature of this embodiment is that, as shown in FIG. 1, the P-type layer of the anode is formed so as to have a corrugated cross section, and the P-type layer 3 is formed in a shallow portion of the P-type layer 3. The mold layer 3 means that an N-type semiconductor layer (N-type layer) 4 having a different polarity is formed. FIG. 2 shows the concentration profile and the electric field distribution of the diode according to this embodiment. As shown in FIG.
The total amount of impurities in the P-type layer 3 immediately below the N-type layer 4 in the anode layer is determined by (V) 1/2 · (2 ε C B ) in order to obtain a required breakdown voltage.
/ Q) to be present at least 1/2 . Here, V is the required breakdown voltage, epsilon is permittivity of silicon, C B is the average impurity concentration, q is the charge of an electron. The P-type layer 3 immediately below the N-type layer 4 needs to be designed so that the electric field applied thereto does not reach the N-type layer 4. By forming the anode of the diode in this manner, the accumulated carriers near the junction are quickly discharged to the anode electrode 5 through the N-type layer 4 at the time of reverse recovery, and the junction recovery time at the initial stage of reverse recovery is shortened. FIG. 3 shows a diode as a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. In the diode of this embodiment, the P-type layer 3 of the anode layer is formed in a wave shape, The N-type layers 4 and 4 are provided adjacent to the protrusion 3a of FIG. 1, and the anode electrode 5 is provided so that the P-type layer 3 and the N-type layers 4 and 4 are short-circuited. Functions and effects can be obtained. The above embodiments are summarized as follows. (A). The anode layer of the diode is formed in a waveform. (B). An N-type layer is provided on a part of the corrugated anode layer in the section (A). (C). The electrodes are formed such that the P-type portion and the N-type portion of the anode layer in the item (B) are short-circuited. (D). (A), occurs more than (B) or (C) required √V · √ for total impurity amount of the P-type layer immediately below the N-type layer of the anode layer to obtain a breakdown voltage section (2 ε C B / q) A diode characterized by the above. Where V is the required breakdown voltage, ε
The dielectric constant of silicon, C B is the average impurity concentration, q is the charge of an electron. According to the present invention, as described above, basically, a first semiconductor layer and a second semiconductor layer having different polarities are formed adjacent to each other, In the semiconductor layer in which the semiconductor layer is a cathode layer and the second semiconductor layer is an anode layer, the second semiconductor layer forming the anode layer is formed in a waveform having a thick portion and a thin portion.
The junction recovery time is shortened without increasing the reverse recovery current increase rate, and the loss at the time of reverse recovery can be reduced without generating a large surge voltage.
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例によるダイオードの断面模
式図。
【図2】本発明の第1実施例によるダイオードの濃度プ
ロフィルと電界分布図。
【図3】本発明の第2実施例によるダイオードの断面模
式図。
【符号の説明】
1…半導体基板であるN-型半導体層
2…N+型半導体層
3…P型半導体層
4…N型半導体層
5…アノード電極
6…カソード電極BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic sectional view of a diode according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a concentration profile and an electric field distribution of a diode according to a first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a schematic sectional view of a diode according to a second embodiment of the present invention. [Description of Reference Numerals] 1 ... semiconductor substrate N - type semiconductor layer 2 ... N + -type semiconductor layer 3 ... P-type semiconductor layer 4 ... N-type semiconductor layer 5 ... anode electrode 6 ... cathode electrode
Claims (1)
2の半導体層を隣接して形成し、前記第1の半導体層を
カソード電極と短絡したカソード層とし、第2の半導体
層をアノード電極と短絡したアノード層とする半導体層
において、前記アノード層を形成する第2の半導体層を
肉厚部と肉薄部からなる波形に形成し、このアノード層
を形成する第2の半導体層の一部にこの第2の半導体層
とは極性を異にする第3の半導体層をアノード電極と短
絡して設けると共に、前記アノード層の第3の半導体層
直下の第2の半導体層の不純物総量が(V)1/2・(2
εCB/q)以上存在するものであることを特徴とする
半導体装置。ただし、Vは必要な耐圧、εはシリコンの
誘電率、CBは平均不純物濃度、qは電子の電荷量。(57) [Claim 1] A first semiconductor layer and a second semiconductor layer having different polarities are formed adjacent to each other, and the first semiconductor layer is
In a semiconductor layer in which a cathode layer is short-circuited to a cathode electrode and a second semiconductor layer is an anode layer short-circuited to an anode electrode, the second semiconductor layer forming the anode layer has a waveform having a thick portion and a thin portion. A third semiconductor layer having a polarity different from that of the second semiconductor layer is provided on a part of the second semiconductor layer forming the anode layer so as to be short-circuited with the anode electrode. The total amount of impurities in the second semiconductor layer immediately below the third semiconductor layer is (V) 1/2 · (2
wherein a being present ε C B / q) above. However, V is required withstand voltage, epsilon is the dielectric constant of silicon, C B is the average impurity concentration, q is the electron charge quantity.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23829194A JP3412283B2 (en) | 1994-10-03 | 1994-10-03 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23829194A JP3412283B2 (en) | 1994-10-03 | 1994-10-03 | Semiconductor device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08107220A JPH08107220A (en) | 1996-04-23 |
JP3412283B2 true JP3412283B2 (en) | 2003-06-03 |
Family
ID=17028012
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23829194A Expired - Fee Related JP3412283B2 (en) | 1994-10-03 | 1994-10-03 | Semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3412283B2 (en) |
-
1994
- 1994-10-03 JP JP23829194A patent/JP3412283B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH08107220A (en) | 1996-04-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0794578B1 (en) | Diode and power converting apparatus | |
US6191456B1 (en) | Lateral IGBT in an SOI configuration and method for its fabrication | |
JP5725083B2 (en) | Semiconductor device | |
EP2182505A1 (en) | Plasma display apparatus | |
JP4164962B2 (en) | Insulated gate bipolar transistor | |
JP2007258363A (en) | Semiconductor device | |
JP2001501042A (en) | Vertical power MOSFET | |
JP3356644B2 (en) | Driving method of semiconductor rectifier | |
JP2740038B2 (en) | MOS (MIS) type condenser | |
US6133617A (en) | High breakdown voltage semiconductor device | |
JPH1093113A (en) | Diode | |
KR100664333B1 (en) | Semiconductor device comprising a half-bridge circuit | |
JP2001044634A (en) | Substrate for high voltage module | |
EP0116651A1 (en) | Photothyristor | |
EP1039547B1 (en) | Semiconductor device | |
JP2687163B2 (en) | Turn-off thyristor | |
JP3412283B2 (en) | Semiconductor device | |
US5468976A (en) | Semi conductor rectifying module | |
US4760432A (en) | Thyristor having controllable emitter-base shorts | |
JPH08213639A (en) | Semiconductor diode with electron donor | |
JPH09116152A (en) | Power semiconductor element | |
JPH11511594A (en) | Apparatus having a pn junction and means for reducing the risk of dielectric breakdown of the pn junction | |
JPH0241182B2 (en) | ||
JP2001223354A (en) | Semiconductor device having reverse conducting function | |
JP2000228404A (en) | Diode |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080328 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090328 Year of fee payment: 6 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |