JP3491049B2 - Rectifier and driving method thereof - Google Patents

Rectifier and driving method thereof

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JP3491049B2 JP26267195A JP26267195A JP3491049B2 JP 3491049 B2 JP3491049 B2 JP 3491049B2 JP 26267195 A JP26267195 A JP 26267195A JP 26267195 A JP26267195 A JP 26267195A JP 3491049 B2 JP3491049 B2 JP 3491049B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【発明の属する技術分野】本発明は電力変換機器などに
用いられる半導体整流素子に関し、特に高耐圧に適用可
能な整流素子およびその駆動方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor rectifying device used for power conversion equipment and the like, and more particularly to a rectifying device applicable to high breakdown voltage and a driving method thereof.

【従来の技術】電力変換機器に用いられる整流素子に対
しては、損失の低減のため低オン電圧と高速性とが要求
される。低耐圧用途の素子としては、ショットキーダイ
オードがこの特性を備えていて、一般に使用されてい
る。しかし、ショットキーダイオードを高耐圧用途に適
用しようとすると、オン電圧の非常に大きい素子とな
り、また、もれ電流に起因する損失が増加することか
ら、高耐圧用途には通常pin型のダイオードが使用さ
れる。このpinダイオードは、いわゆる伝導度変調効
果を利用しているため、高耐圧用素子においても低オン
電圧を実現することができる。しかしpinダイオード
は、逆回復時に伝導度変調による過剰キャリアにより大
きな逆回復電流が流れる。図6(a)にpin型ダイオ
ードをフリーホイルダイオードに適用した誘導負荷スイ
ッチング回路の例を、同図(b)にその逆回復時の電流
変化を示す。図6(a)において、主電源18と負荷イ
ンダクタ17と直列に、例えばスイッチング素子として
絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(以下IGBTと記
す)12が接続されている。負荷インダクタ17と並列
にフリーホイールダイオードのpinダイオード11が
接続されている。13はIGBTのドライブ回路、20
は回路の浮遊インダクタンスLsである。いま、例えば
IGBT12を一定時間オンすると、負荷インダクタ1
7のインダクタンスと主電源の電圧およびオン期間で決
定される電流IL が流れる。ここで、IGBT12をオ
フさせると、負荷インダクタ17の誘導効果により負荷
インダクタ17に流れる電流が維持され、ダイオード1
1に順方向電流IF が流れる。即ちこのダイオード11
はフリーホイルダイオードとして動作する。図6(b)
は、この状態から再度IGBT12をオンした場合の電
流の変化を示しており、実線はダイオード11の電流I
F 、破線はIGBT12の電流IC の波形を示してい
る。いま、時刻t0 でIGBT12をオンすると、今ま
でダイオード11に流れていた電流の一部が、IGBT
12および回路の浮遊インダクタンス20で決定される
電流上昇率(di/dt)でIGBT12に移って行
く。時刻t1 でダイオード11の電流IF が0になった
後、理想的ダイオードであれば逆電流は流れないが、実
際にはpinダイオード11の内部に過剰キャリアが存
在するために、大きな逆回復電流Irrが流れる。この逆
回復電流Irrは負荷インダクタ17を流れる電流に重複
してIGBT12を流れるため、ダイオード11での損
失を増加させるばかりではなく、IGBT12での損失
をも増加させる。また、この逆回復電流Irrは、図6
(b)に示すようにダイオード11中の過剰キャリアが
無くなると急激に減衰するため、この部分での大きなd
i/dtにより配線の浮遊インダクタンスLS に大きな
起電力発生させる。そのため、IGBT12の誤動作
を生じ、最悪の場合IGBT12などの破壊を引き起こ
すことがある。このような問題に対し、オン時にはpi
nダイオードとして動作して、高耐圧用素子においても
伝導度変調効果により低オン電圧を実現し、しかも逆回
復の直前に伝導度変調効果を停止させ、過剰キャリアの
無い状態でショットキーダイオードとして動作させるこ
とにより、逆回復電流の小さい高速動作可能な整流素子
が本発明の出願人により出願されている。〔特願平4−
263946号〕図7はその構造例の断面図である。高
不純物濃度のn+ 基板1上にn層2が積層され、そのn
層2の一部の領域に形成されたp埋め込み層61をはさ
み、nエピタキシャル層62が形成されている。また、
p埋め込み層61の中央部はnエピタキシャル層62の
表面層に形成されたpドレイン領域64と接続してい
る。さらに、pドレイン領域64が形成されていないp
埋め込み層61の上方のnエピタキシャル層62の部分
では、nエピタキシャル層62の表面層にpドレイン領
域64と一定の距離をおいてpソース領域63が形成さ
れている。そして、pドレイン領域64とpソース領域
63に挟まれたnエピタキシャル層62の表面にはゲー
ト酸化膜6を介して多結晶シリコンのゲート電極7が設
けられている。 Al合金のアノード電極8は、pソー
ス領域63の表面にオーミック接続されるとともに、p
埋め込み層61が形成されていない部分上のnエピタキ
シャル層62の表面に対しショットキー接合19を形成
して接続されている。また、n+ 基板1の裏面には、A
l合金のカソード電極10がオーミック接続されてい
る。この素子の動作を以下に簡単に説明する。アノード
電極8が正に、カソード電極10が負にバイアスされた
通常のオン状態では、ゲート電極7直下のnエピタキシ
ャル層62の表面に反転層ができるように、ゲート電極
7に電圧を印加する。このため、pドレイン領域64は
pソース領域63と電気的に接続される。このとき、ア
ノード電極8およびカソード電極10間に印加された電
圧によりショットキー接合19を通して電子電流が流れ
るが、nエピタキシャル層62およびp埋め込み層61
直下のn層2での電圧降下により、n層2─p埋め込み
層61間のpn接合が順方向バイアスされ、p埋め込み
層61からn層2に正孔が注入される。この注入された
正孔によりn層2は、所謂、伝導度変調を起こし、電
子、正孔の双方の濃度が増加し、整流素子のオン電圧は
大幅に低下する。一方図6におけるto から始まる逆回
復過程に先立ち、ゲート電極7直下のnエピタキシャル
層62の表面から反転層が消滅するように、ゲート電極
7に電圧を印加すると、p埋め込み層61からの正孔注
入を停止し、伝導度変調効果により増加した過剰のキャ
リア(電子及び正孔)は、再結合により消滅する。いま
素子が逆バイアスされる時刻t1 までに過剰キャリアが
ほぼ完全に消滅するよう素子のライフタイムおよびゲー
トに印加する電圧のタイミングを設定すると、本素子の
逆回復特性はショットキーバリアダイオードと同等の小
さな逆回復電流が流れるのみとなり、スイッチング損失
を大幅に低減することができる。即ち、オン時において
はバイポーラ動作による低オン電圧、オフ(逆回復)時
においてはユニポーラ動作による高速スイッチング特性
を実現することができる。図7におけるp埋め込み層6
1はユニポーラ動作時にpソース領域63の直下を流れ
る横方向電流によりpソース領域63−nエピタキシャ
ル層62間のpn接合が順方向バイアスされることを防
止するもので、これにより大電流密度においてもユニポ
ーラ動作を維持することが可能となる。
2. Description of the Related Art Rectifiers used in power conversion equipment are required to have low on-voltage and high speed in order to reduce loss. As an element for low withstand voltage application, a Schottky diode has this characteristic and is generally used. However, when a Schottky diode is applied to a high breakdown voltage application, it becomes an element having a very high on-voltage and the loss due to the leakage current increases. Therefore, a pin type diode is usually used for a high breakdown voltage application. used. Since this pin diode utilizes the so-called conductivity modulation effect, it is possible to realize a low on-voltage even in a high breakdown voltage element. However, in the pin diode, a large reverse recovery current flows due to excess carriers due to conductivity modulation during reverse recovery. FIG. 6A shows an example of an inductive load switching circuit in which a pin type diode is applied to a free wheel diode, and FIG. 6B shows a current change during reverse recovery. In FIG. 6A, an insulated gate bipolar transistor (hereinafter referred to as an IGBT) 12 as a switching element is connected in series with the main power supply 18 and the load inductor 17. A freewheel diode pin diode 11 is connected in parallel with the load inductor 17. 13 is an IGBT drive circuit, 20
Is the stray inductance Ls of the circuit. Now, for example, when the IGBT 12 is turned on for a certain period of time, the load inductor 1
A current I L determined by the inductance of 7, the voltage of the main power supply and the ON period flows. Here, when the IGBT 12 is turned off, the current flowing in the load inductor 17 is maintained by the inductive effect of the load inductor 17, and the diode 1
A forward current I F flows in 1. That is, this diode 11
Operates as a freewheel diode. Figure 6 (b)
Indicates the change in current when the IGBT 12 is turned on again from this state, and the solid line indicates the current I of the diode 11.
F and the broken line show the waveform of the current I C of the IGBT 12. Now, when the IGBT 12 is turned on at time t 0 , a part of the current flowing in the diode 11 until now is
12 and IGBT 12 at the current increase rate (di / dt) determined by the stray inductance 20 of the circuit. After the current I F of the diode 11 becomes 0 at time t 1 , a reverse current does not flow if it is an ideal diode, but in reality, since excess carriers exist inside the pin diode 11, a large reverse recovery occurs. A current I rr flows. This reverse recovery current I rr flows through the IGBT 12 in an overlapping manner with the current flowing through the load inductor 17, so that not only the loss in the diode 11 increases, but also the loss in the IGBT 12 increases. The reverse recovery current I rr is shown in FIG.
As shown in (b), when there is no excess carrier in the diode 11, the diode abruptly attenuates.
A large electromotive force is generated in the stray inductance L S of the wiring by i / dt. Therefore, the IGBT 12 may malfunction, and in the worst case, the IGBT 12 or the like may be destroyed. In response to such a problem, when turned on, pi
Operates as an n-diode, realizes a low on-voltage even with a high breakdown voltage element due to the conductivity modulation effect, and stops the conductivity modulation effect immediately before reverse recovery, and operates as a Schottky diode without excess carriers. As a result, the applicant of the present invention has applied for a rectifying element having a small reverse recovery current and capable of operating at high speed. [Japanese Patent Application 4-
No. 263946] FIG. 7 is a cross-sectional view of the structural example. An n layer 2 is stacked on an n + substrate 1 having a high impurity concentration,
An n epitaxial layer 62 is formed sandwiching the p buried layer 61 formed in a partial region of the layer 2. Also,
The central portion of the p buried layer 61 is connected to the p drain region 64 formed in the surface layer of the n epitaxial layer 62. Furthermore, p where the p drain region 64 is not formed
In the portion of the n epitaxial layer 62 above the buried layer 61, the p source region 63 is formed in the surface layer of the n epitaxial layer 62 with a certain distance from the p drain region 64. A gate electrode 7 made of polycrystalline silicon is provided on the surface of the n epitaxial layer 62 sandwiched between the p drain region 64 and the p source region 63 with the gate oxide film 6 interposed therebetween. The anode electrode 8 of Al alloy is ohmic-connected to the surface of the p source region 63, and p
A Schottky junction 19 is formed and connected to the surface of the n epitaxial layer 62 on the portion where the buried layer 61 is not formed. On the back surface of the n + substrate 1,
The l-alloy cathode electrode 10 is ohmic-connected. The operation of this element will be briefly described below. In a normal ON state in which the anode electrode 8 is positively biased and the cathode electrode 10 is negatively biased, a voltage is applied to the gate electrode 7 so that an inversion layer is formed on the surface of the n epitaxial layer 62 immediately below the gate electrode 7. Therefore, the p drain region 64 is electrically connected to the p source region 63. At this time, an electron current flows through the Schottky junction 19 due to the voltage applied between the anode electrode 8 and the cathode electrode 10, but the n-epitaxial layer 62 and the p-embedded layer 61 are formed.
Due to the voltage drop in the n layer 2 immediately below, the pn junction between the n layer 2 and the p buried layer 61 is forward biased, and holes are injected from the p buried layer 61 to the n layer 2. The injected holes cause so-called conductivity modulation in the n-layer 2, the concentrations of both electrons and holes increase, and the on-voltage of the rectifying element significantly decreases. On the other hand, prior to the reverse recovery process starting from t o in FIG. 6, when a voltage is applied to the gate electrode 7 so that the inversion layer disappears from the surface of the n epitaxial layer 62 directly below the gate electrode 7, the positive voltage from the p buried layer 61 is removed. The excess carriers (electrons and holes) stopped by hole injection and increased by the conductivity modulation effect disappear by recombination. If the lifetime of the device and the timing of the voltage applied to the gate are set so that the excess carriers almost completely disappear by time t 1 when the device is reverse biased, the reverse recovery characteristic of this device is equivalent to that of a Schottky barrier diode. Therefore, only a small reverse recovery current flows through, and switching loss can be significantly reduced. That is, it is possible to realize a low on-voltage by the bipolar operation at the time of ON and a high-speed switching characteristic by the unipolar operation at the time of OFF (reverse recovery). P buried layer 6 in FIG.
1 prevents forward biasing of the pn junction between the p source region 63 and the n-epitaxial layer 62 due to the lateral current flowing immediately below the p source region 63 during the unipolar operation. It is possible to maintain unipolar operation.

【発明が解決しようとする課題】図7の素子は低オン電
圧と高速性を実現する上で有効であるが、ユニポーラ動
作(ショットキーダイオード動作)時に、少数キャリア
の注入によるバイポーラ動作(pinダイオード動作)
を行わせないためにp埋め込み領域61をもつ構造が適
用されている。このため製造コストを低減することが困
難である。また、少数キャリアの注入を制御するための
MOSFETが、素子耐圧を維持するための高比抵抗半
導体層上に形成されているため、ユニポーラ動作時にM
OSFETのチャネル部のパンチスルーが発生し易く、
p埋め込み領域61から正孔の注入が始まってバイポー
ラ動作をしてしまいやすい。これを防止するため、チャ
ネル部分に別の不純物導入領域を導入する、チャネル長
を増大させるなどの対策が必要となるが、前者はプロセ
スコストの増大、後者はオン時の少数キャリアの注入量
を制限しオン電圧の増大をそれぞれ招くという欠点があ
る。以上の問題に鑑みて本発明の目的は、スイッチング
損失の低減のため、バイポーラ動作と、ユニポーラ動作
とが切り換えられる整流素子で、製造に容易な構造をも
ち、しかも動作が安定している整流素子およびその駆動
方法を提供することにある。
Element of Figure 7 [SUMMARY OF THE INVENTION] is effective in realizing a low on-voltage and high speed, sometimes unipolar operation (Schottky diode operation), bipolar operation by injection of minority carriers (pi n diode operation)
The structure having the p-embedded region 61 is applied in order to prevent the above process. Therefore, it is difficult to reduce the manufacturing cost. Further, since the MOSFET for controlling the injection of minority carriers is formed on the high-resistivity semiconductor layer for maintaining the device breakdown voltage, M
Punch-through of the channel part of the OSFET easily occurs,
The injection of holes starts from the p-embedded region 61, and the bipolar operation is likely to occur. In order to prevent this, measures such as introducing another impurity introduction region into the channel portion and increasing the channel length are necessary, but the former increases the process cost, and the latter increases the amount of minority carrier injection during ON. There is a drawback in that the limitation is caused and the on-voltage is increased. In view of the above problems, an object of the present invention is a rectifying element that can switch between bipolar operation and unipolar operation in order to reduce switching loss, has a structure that is easy to manufacture, and is stable in operation. And to provide a driving method thereof.

【課題を解決するための手段】上記の課題解決のため本
発明の整流素子は、半導体基板の一部をなす第一導電型
半導体層の一方の主面の表面層の一部に形成された第二
導電型ウェルと、その第二導電型ウェルの表面層の一部
に形成された第一導電型ウェルと、その第一導電型ウェ
ル領域の表面層の一部に形成された高濃度の第二導電型
ソース領域と、前記第二導電型ウェルと第二導電型ソー
ス領域とに挟まれた第一導電型ウェルの表面上にゲート
絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記第一導電
型ウェルと第二導電型ソース領域との表面に共通に接触
して設けられた第一主電極と、前記第一導電型半導体層
に接し半導体基板の一部をなす第一導電型領域の表面上
にオーミック接触をする第二主電極とを有し、第二導電
型ウェルが形成されていない第一導電型半導体層の前記
一方の主面部分に第一主電極がショットキー接合を形成
して接触するものとする。のような構造とすれば、ゲ
ート電極への印加電圧によって、バイポーラ動作とユニ
ポーラ動作とを切り換えることができ、しかも、従来の
もののような埋め込み層が無く、製造も容易である。特
に、第二導電型ウェルが形成されていない第一導電型半
導体層の一方の主面の表面の一部に、高濃度の第二導
電型補助領域を備え、しかも第二導電型ウェルと第二導
電補助領域との間、および第二導電型補助領域同士の間
に挟まれた第一導電型半導体層の表面露出部の最大長が
20μm以下とするとよい。そのような構造とすれば、
空乏層が広がり易く逆バイアス印加時の漏れ電流が小さ
い。記のような整流素子の駆動方法としては、第一導
電型半導体層と第二導電型ウェルとの間のpn接合が、
定常的に順方向バイアスされる場合にはゲート電極の直
下に反転層が形成されるようにゲート電極に電圧を印加
し、前記pn接合が順方向から逆方向バイアスされる直
前の一定時間前に、ゲート電極の直下の反転層が消滅す
るようにゲート電極に電圧を印加するものとし、特に、
その一定時間が第一導電型半導体層の少数キャリアのラ
イフタイム程度以上であることが重要である。そのよう
な方法を取れば、注入された少数キャリアは逆バイアス
の印加前に消滅するので、逆回復電流は小さくなる。
た、ブリッジ接続された少なくとも4個の絶縁ゲート型
半導体スイッチング素子と、それぞれに逆並列に接続さ
れた上記のような整流素子を有する誘導負荷回路におい
て、前記絶縁ゲート型半導体スイッチング素子のゲート
と整流素子のゲートとを、互いに反転したゲート駆動出
力によって駆動するするものとする。そのような方法を
取れば、インバータを加えて双方の素子のゲート駆動出
力を兼ねた一つとすることができる。
In order to solve the above problems, the rectifying device of the present invention is formed on a part of a surface layer of one main surface of a first conductivity type semiconductor layer forming a part of a semiconductor substrate. A second conductivity type well, a first conductivity type well formed in a part of the surface layer of the second conductivity type well, and a high concentration of a high concentration formed in a part of the surface layer of the first conductivity type well region. A second conductive type source region, a gate electrode formed on the surface of the first conductive type well sandwiched between the second conductive type well and the second conductive type source region via a gate insulating film, A first main electrode provided in common contact with the surfaces of the one conductivity type well and the second conductivity type source region, and a first conductivity type region in contact with the first conductivity type semiconductor layer and forming a part of a semiconductor substrate. And a second main electrode that makes ohmic contact with the surface of the It said first conductivity type semiconductor layer does not
Is the first main electrode shall be in contact to form a Schottky junction on one major surface portion. If a structure such as its, by the voltage applied to the gate electrode, it is possible to switch between bipolar operation and unipolar operation, moreover, there is no buried layer as in the conventional ones, it is easy to manufacture. In particular, a part of the surface layer of one main surface of the first conductivity type semiconductor layer in which the second conductivity type well is not formed is provided with a high-concentration second conductivity type auxiliary region, and a second conductivity type well is formed. The maximum length of the exposed surface portion of the first conductivity type semiconductor layer sandwiched between the second conductivity type auxiliary regions and between the second conductivity type auxiliary regions may be 20 μm or less. With such a structure,
The depletion layer easily spreads, and the leakage current when reverse bias is applied is small. As a driving method of the rectifying element, such as above SL, pn junction between the first conductive type semiconductor layer and the second conductivity type well,
In the case where the forward bias is constantly applied, a voltage is applied to the gate electrode so that an inversion layer is formed immediately below the gate electrode, and a predetermined time immediately before the pn junction is reverse biased from the forward direction. , A voltage is applied to the gate electrode so that the inversion layer immediately below the gate electrode disappears, and in particular,
It is important that the certain time is not less than the lifetime of minority carriers in the first conductivity type semiconductor layer. If such a method is adopted, the injected minority carriers disappear before the reverse bias is applied, and the reverse recovery current becomes small. Well
Further, in an inductive load circuit having at least four insulated gate semiconductor switching elements bridge- connected and each of the above-mentioned rectifying elements connected in antiparallel to each other, a gate and a rectifier of the insulated gate semiconductor switching element are provided. The gate of the device shall be driven by the gate drive outputs that are mutually inverted. By adopting such a method, it is possible to add an inverter and make it one that also serves as the gate drive output of both elements.

【発明の実施の形態】上記の課題解決のため、本発明
は、第一導電型半導体層の表面層に第二導電型ウェルを
形成し、MOSFET構造によってオン・オフできるp
inダイオードを形成すると共に、第一導電型半導体層
の表面にショットキー接合を形成し、両者を適宜切り換
えられる整流素子として、バイポーラ動作の低いオン電
圧と、ユニポーラ動作の速い逆回復を利用しようとする
ものであり、注入を制御するMOSFETをウエル内に
形成し、素子耐圧を維持するための高比抵抗層と分離す
るとともに、埋め込み層の無い構造でも大電流密度下に
おいてもp+ ソース領域からの少数キャリアの注入を停
止可能とする。その詳細およびその駆動方法を述べる。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a second conductivity type well formed in the surface layer of a first conductivity type semiconductor layer and can be turned on / off by a MOSFET structure.
It is intended to use a low on-voltage for bipolar operation and a fast reverse recovery for unipolar operation as a rectifying element that forms an in-diode and a Schottky junction on the surface of the first conductivity type semiconductor layer, and can switch them appropriately. It is intended to, a MOSFET for controlling the injection formed in the well, as well as separated from the high resistivity layer for maintaining the device breakdown voltage, the even p + source region in a large current density under even no buried layer structure It is possible to stop the injection of minority carriers. The details and the driving method thereof will be described.

【実施例】以下図面を参照しながら本発明の実施例につ
いて説明する。なおn、pを冠した層や領域は、それぞ
れ電子、正孔を多数キャリアとする層、領域を意味する
ものとする。 [実施例1] 図1に本発明の第一の実施例における整流素子の断面図
を示す。図1においてn+ 基板21上にn層22が積層
されている。n層22の表面層の一部にはpウェル23
が形成され、そのpウェル23の表面層の一部にはさら
にnウェル24が形成されている。また、nウェル24
の表面層の一部内にはpソース領域25が形成されてい
る。また、pソース領域25とpウェル23に挟まれた
nウェル24の表面上には、ゲート酸化膜26を介して
ゲート電極27が形成されている。pソース領域25と
nウェル24との表面にはアノード電極28が電気的に
接続している。同時にアノード電極28はn層22表面
とショットキー接合39により接続されている。ショッ
トキー接合39を形成する金属膜としては、Cr、T
i、W等が用いられる。実際にはその金属膜上にAl合
金膜を重ねた複合膜とする。n+ 基板21の裏面には、
Al合金からなるカソード電極30が形成されている。
29は、ゲート電極27とアノード電極28間を絶縁す
る燐ガラスの絶縁膜である。n領域22の表面層の一部
に形成されているp補助領域31は、本素子に逆バイア
スを印加した場合にp補助領域31およびpウェル23
から延びる空乏層により、ショットキー接合39をピン
チオフすることにより漏れ電流を低減させるためのもの
で、ショットキー接合39の幅が小さい場合には必ずし
も必要ではない。また、ユニポーラ動作時のオン電圧の
低減などのためショットキー接合39の幅を増加させた
い場合には、p補助領域31の数を増加させることは有
効である。p補助領域31の幅は、ショットキー接合3
9部分の有効面積を減少させないため、また、p補助領
域31直下を流れる電子電流によるn層22内での電圧
降下によってp補助領域31から少数キャリアの注入が
発生しないようにするため、小さくすることが必要であ
る。また、p補助領域31とpウェル23との間、およ
びp補助領域31同士間の間隔は、逆電圧印加時に空乏
層によってショットキー接合39をピンチオフし、漏れ
電流を低減するために20μm以下、望ましくは5μm
以下にするのがよい。上記の整流素子は、ゲート電極直
下のチャネル領域の比抵抗が低く、MOSFETのチャ
ネルのパンチスルーを起こり難くし、チャネル長を十分
短くすることが可能となる。このため、オン時の少数キ
ャリアの注入を増加させることができ、オン電圧を低減
することができる。埋め込み層の無い構造でも大電流密
度下において、pソース領域25からの少数キャリアの
注入を停止可能とする。埋め込み層の無い構造とするこ
とによりコストを低減できる。図2は、図1の整流素子
をPWMインバータに適用した例で、IGBT12−1
〜12−4および図1の整流素子11−1〜11−4の
ゲートは、同じ制御回路16−1〜16−4により駆動
されるドライブ回路13−1〜13−4および14−1
〜14−4により駆動される。IGBT12−1〜12
−4及び図1の整流素子11−1〜11−4のドライブ
回路は、それぞれ一方は直接、他方は信号を反転するイ
ンバータ15−1〜15−4を介して接続されることに
より、有効な極性および駆動タイミングを得ることがで
きる。図3は、この駆動タイミング例を示したもので、
以下に動作を簡単に説明する。図3(a)は、図2にお
けるIGBT12−1のゲート信号、即ちドライブ回路
13─1の出力信号、(b)はIGBT12−2のゲー
ト信号、即ちドライブ回路13─2の出力信号、(c)
は整流素子11−2のゲート信号、すなわちドライブ回
路14─2の出力信号を示しており、いずれも±15V
の振幅を持つ。上アームのIGBT12−1と下アーム
のIGBT12─2が同時にオンすると、二つの素子で
主回路電源を短絡することになるため、図3(a)と同
図(b)を比較すれば分かるように、通常二つのIGB
Tのゲート信号には両方の素子がオフする期間(デッド
タイム)が設けられている。このデッドタイムを本実施
例の整流素子におけるバイポーラモードからユニポーラ
モードへの遷移時間に利用する。従って、このデッドタ
イムは少数キャリアのライフタイム以上に長くすればよ
い。図2において、今IGBT12−1とIGBT12
−4がオンしている場合を考える。この場合、電源18
からIGBT12−1、12−4を通じて負荷インダク
タ(実際の応用ではモーターなどのインダクタンス)1
7に電流が流れる。つぎに、IGBT12─1をオフす
ると、負荷インダクタ17に流れていた電流を維持する
ため整流素子11─2に順方向電流が流れる。この場
合、整流素子11─2のゲート電圧はIGBT12─1
オフ後の僅かなデッドタイム期間とIGBT12─1オ
ン前の僅かなデッドタイムを除き−15Vが印加されて
いるためオン電圧の低いパイポーラモードとなる。次
に、再度IGBT12─1をオンすると、整流素子11
─2に流れていた順方向電流はIGBT12─1がオン
するにしたがってIGBT12−1の特性および回路の
浮遊インダクタンスで決定される一定の電流上昇率(d
i/dt)でIGBT12─1に転流される。全ての電
流がIGBT12─1に転流した後、整流素子11─2
には逆方向電圧が印加され、整流素子11─2に逆回復
電流が流れるが、図3(c)に示すようにIGBT12
─1が再度オンするよりデッドタイムだけ以前に、整流
素子11─2はユニポーラモードになっているため、過
剰キャリアは消滅しており逆回復電流は非常に小さな値
となる。即ちデッドタイム期間をキャリアの再結合によ
る消滅期間として利用することができる。通常デッドタ
イムは1〜4μs程度であり本実施例の整流素子のライ
フタイムは極端に短くする必要がない。従って、高速化
するためライフタイムを短くした通常のpinダイオー
ドに比較しても、図1の第一の実施例の整流素子のオ
電圧は、十分低くすることが可能となる。したがって、
デッドタイムやスイッチング周波数に合わせて、ライフ
タイムキラーの導入量によりキャリアのライフタイムを
制御することで、総合損失が最低となるような整流素子
を製造することが可能となる。 [参考例] 図4は、本発明の参考例の整流素子の断面図であり、図
1に示した第一の実施例と異なる点は、pウエル43内
にnウエルがなく、nドレイン領域55、nソース領域
52、p+ コンタクト領域53が形成されている点であ
る。さらにnソース領域52、p+ コンタクト領域53
は表面上に形成されたオーミック電極54により電気的
に短絡されている。nドレイン領域55とnソース領域
52とに挟まれたpウエル43の表面上には、ゲート酸
化膜46を介してゲート電極47が形成されている。ア
ノード電極48は、nドレイン領域55の表面にオーミ
ックに接触すると共に、n層42の表面とショットキー
接合59を形成して接触している。pウェル43の間に
は、逆バイアス印加時の空乏層の広がりを促すp補助領
域51が形成されている。この整流素子の動作は、オン
時にはバイポーラ動作を行い、逆回復期間の直前にユニ
ポーラ動作とすることにより、低オン電圧と高速スイッ
チング(低逆回復電流)を実現するコンセプトは同一で
ある。ただし、ユニポーラモードとバイポーラモードを
切り換えるためのMOSFETが、pチャネル型である
かnチャネル型であるかの点が異なる。また第一の実施
例のpチャネル型の場合は、ソース領域がアノード電極
と接続されたのに対し、nチャネル型ではドレイン領域
がアノード電極と接続される点で若干の動作の違いがあ
る。即ち、pチャネル型ではゲート電位をアノード電位
に対して印加可能であることに対しnチャネル型では基
本的にはゲート電極47の電位はフローティングのオー
ミック電極54に対して印加する必要がある点で異な
る。このため、pチャネル型では3端子素子であったの
に対し、nチャネル型では4端子素子になる点で、応用
上駆動回路が複雑になる欠点がある。これは、nチャネ
ル型の場合、ユニポーラ動作時即ちnチャネルMOSF
ETがオフで、pウェル43がフローティング状態の場
合に、pウェル43の直下を流れる電子電流により、n
層42内に電圧降下が発生すると、pウェル43の電位
即ちnチャネルMOSFETのソース領域52の電位が
これに追従してアノード電極48の電位に対し低下し、
nチャネルMOSFETのゲート・ソース間にMOSF
ETをオンさせるような電圧となるためである。この現
象が発生すると、この実施例の整流素子はユニポーラ動
作を維持出来なくなり、少数キャリアの注入は少ないも
のの、バイポーラ動作することになる。 しかしなが
ら、この欠点は設計を適切に行うことによって、回避す
ることも可能である。今、使用する最大電流でのpウェ
ル直下のn層42に発生する電圧降下をVDROPとし、n
チャネルMOSFETのゲートしきい値をVTHとすると
き、 VDROP<VTHであればnチャネルMO
SFETはオンせず、ユニポーラ動作を維持することが
できる。バイポーラ動作を行わせるには、ゲートにVTH
以上の電圧を印加すればよい。またゲートに負の電圧を
印加することによって、望まないバイポーラ動作を防止
することも可能である。このような場合には第1の実施
例と同様に3端子素子として使用することが可能であ
る。図5は、本実施例の整流素子を3端子素子として使
用して、図2の場合と同様PWMインバータに適用した
例である。本応用例では、IGBT12−5〜12−8
及び本参考例の整流素子11−5〜11−8のゲート
は、同一の制御回路16−5〜16−8および同一のド
ライブ回路13−5〜13−8により駆動される。nチ
ャネルMOSFETでは導通させるためのゲート電圧が
pチャネル型とは反対であるためで、IGBTと整流素
子とのドライブ回路13−5〜13−8を共用できる長
所がある。この場合もゲートに印加する信号の論理が異
なる点を除き、図3で説明した動作を実現することが可
能である。また、先に述べたように、VDROP<VTHであ
るように素子の設計を行えば、駆動回路の信号電位は、
必ずしも正負の電圧ではなく、正の電圧だけで駆動でき
る。この方法は、最近IGBTの駆動電圧を正負の電圧
ではなく、正の電圧だけで駆動する動向があることか
ら、実施例1に比較して好ましいといえる。以上、基板
をn型とした場合について実施例を示したが、p、nを
入れ換えることによりp型基板上に形成することが可能
であることは言うまでもない。またn層を基板とし、不
純物の拡散によって一方の面側にn+ 層を形成し、他方
にpウェル等を形成することが可能であることもいうま
でもない。さらに、参考例においてnドレイン領域55
をpウェル43の中央に配置し、nソース領域52及び
+ コンタクト領域53を周囲に配置した構造を示した
が、これを逆にした構造でも同様の効果が得られること
は明らかである。同様の効果が得られる様々な変形構造
がある。また、上記実施例ではアノード電極とカソード
電極が、半導体基板の異なる主表面に形成された縦型素
子について示したが、双方が同一の主表面上に形成され
たいわゆる横型素子にも適用できることも言うまでもな
い。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the layers and regions bearing n and p mean layers and regions having majority carriers of electrons and holes, respectively. Example 1 FIG. 1 shows a sectional view of a rectifying element in a first example of the present invention. In FIG. 1, an n layer 22 is laminated on an n + substrate 21. A p-well 23 is formed on a part of the surface layer of the n-layer 22.
Is formed, and an n well 24 is further formed in a part of the surface layer of the p well 23. In addition, the n-well 24
A p source region 25 is formed in a part of the surface layer of. A gate electrode 27 is formed on the surface of the n well 24 sandwiched between the p source region 25 and the p well 23 with a gate oxide film 26 interposed therebetween. An anode electrode 28 is electrically connected to the surfaces of the p source region 25 and the n well 24. At the same time, the anode electrode 28 is connected to the surface of the n layer 22 by a Schottky junction 39. As the metal film forming the Schottky junction 39, Cr, T
i, W, etc. are used. Actually, a composite film is formed by stacking an Al alloy film on the metal film. On the back surface of the n + substrate 21,
A cathode electrode 30 made of Al alloy is formed.
Reference numeral 29 is a phosphor glass insulating film that insulates between the gate electrode 27 and the anode electrode 28. The p auxiliary region 31 formed in a part of the surface layer of the n region 22 has the p auxiliary region 31 and the p well 23 when a reverse bias is applied to this element.
The depletion layer extending from the pinch off the Schottky junction 39 to reduce the leakage current, and is not always necessary when the width of the Schottky junction 39 is small. Further, when it is desired to increase the width of the Schottky junction 39 for the purpose of reducing the on-voltage during the unipolar operation, it is effective to increase the number of p auxiliary regions 31. The width of the p auxiliary region 31 is the Schottky junction 3
In order not to reduce the effective area of the 9th part and to prevent the injection of minority carriers from the p auxiliary region 31 due to the voltage drop in the n layer 22 due to the electron current flowing directly under the p auxiliary region 31, it is made small. It is necessary. Further, the spacing between the p auxiliary region 31 and the p well 23 and between the p auxiliary regions 31 is 20 μm or less in order to pinch off the Schottky junction 39 by the depletion layer when a reverse voltage is applied and reduce the leakage current, Desirably 5 μm
The following is recommended. In the above rectifying element, the specific resistance of the channel region just below the gate electrode is low, punch-through of the channel of the MOSFET is hard to occur, and the channel length can be shortened sufficiently. Therefore, the injection of minority carriers at the time of ON can be increased, and the ON voltage can be reduced. Even with a structure without a buried layer, injection of minority carriers from the p source region 25 can be stopped under a large current density. The cost can be reduced by adopting a structure having no buried layer. FIG. 2 is an example in which the rectifying element of FIG. 1 is applied to a PWM inverter, and IGBT 12-1
.. 12-4 and the gates of the rectifying elements 11-1 to 11-4 of FIG. 1, drive circuits 13-1 to 13-4 and 14-1 driven by the same control circuits 16-1 to 16-4.
Driven by ~ 14-4. IGBT12-1 ~ 12
-4 and the drive circuits of the rectifying elements 11-1 to 11-4 in FIG. 1 are effective because one of them is directly connected and the other is connected via inverters 15-1 to 15-4 that invert signals. The polarity and drive timing can be obtained. FIG. 3 shows an example of this drive timing.
Easy to explain the behavior below. 3A is a gate signal of the IGBT 12-1 in FIG. 2, that is, an output signal of the drive circuit 13-1, FIG. 3B is a gate signal of the IGBT 12-2, that is, an output signal of the drive circuit 13-2, and FIG. )
Indicates the gate signal of the rectifying element 11-2, that is, the output signal of the drive circuit 14-2, and both are ± 15V.
Has an amplitude of. When the upper arm IGBT12-1 and the lower arm IGBT12-2 are turned on at the same time, the main circuit power supply is short-circuited by the two elements, so it can be seen by comparing FIG. 3 (a) and FIG. 3 (b). And usually two IGB
The gate signal of T has a period (dead time) in which both elements are turned off. This dead time is used as the transition time from the bipolar mode to the unipolar mode in the rectifying device of this embodiment. Therefore, this dead time may be set longer than the lifetime of the minority carrier. In FIG. 2, the IGBT 12-1 and the IGBT 12 are now
Consider the case where -4 is on. In this case, the power source 18
To IGBT 12-1 and 12-4 through load inductor (in actual application, inductance of motor, etc.) 1
Current flows to 7. Next, when the IGBT 12-1 is turned off, a forward current flows through the rectifying element 11-2 to maintain the current flowing through the load inductor 17. In this case, the gate voltage of the rectifying element 11-2 is IGBT12-1.
Except for a small dead time period after turning off and a small dead time before turning on the IGBT 12-1, since -15V is applied, the bipolar mode in which the on voltage is low is set. Next, when the IGBT 12-1 is turned on again, the rectifying element 11
The forward current that was flowing through the -1 is a constant current increase rate (d that is determined by the characteristics of the IGBT 12-1 and the stray inductance of the circuit as the IGBT 12-1 is turned on (d
i / dt) is transferred to the IGBT 12-1. After all the current is commutated to the IGBT12-1, the rectifying element 11-2
A reverse voltage is applied to the rectifier element 11-2 and a reverse recovery current flows through the rectifier element 11-2. However, as shown in FIG.
Since the rectifying element 11-2 is in the unipolar mode before the dead time before -1 is turned on again, excess carriers disappear and the reverse recovery current becomes a very small value. That is, the dead time period can be used as an extinguishing period due to carrier recombination. Usually, the dead time is about 1 to 4 μs, and it is not necessary to extremely shorten the lifetime of the rectifying element of this embodiment. Therefore, as compared to conventional pin diode shortened lifetime to speed, on-voltage of the rectifier device of the first embodiment of FIG. 1 can be sufficiently low. Therefore,
By controlling the carrier lifetime by adjusting the amount of the lifetime killer introduced in accordance with the dead time and the switching frequency, it becomes possible to manufacture a rectifying element with a minimum total loss. Reference Example FIG. 4 is a cross-sectional view of a rectifying device of a reference example of the present invention. The difference from the first embodiment shown in FIG. 1 is that there is no n well in the p well 43 and the n drain region. 55, n source region 52, and p + contact region 53 are formed. Further, n source region 52 and p + contact region 53
Are electrically short-circuited by the ohmic electrode 54 formed on the surface. A gate electrode 47 is formed on the surface of the p well 43 sandwiched between the n drain region 55 and the n source region 52 with a gate oxide film 46 interposed therebetween. The anode electrode 48 makes ohmic contact with the surface of the n drain region 55 and also makes contact with the surface of the n layer 42 by forming a Schottky junction 59. A p auxiliary region 51 is formed between the p wells 43 to promote the expansion of the depletion layer when a reverse bias is applied. The operation of the rectifying element is a bipolar operation at the time of ON, and a unipolar operation immediately before the reverse recovery period, whereby the concept of realizing low ON voltage and high speed switching (low reverse recovery current) is the same. However, the difference is that the MOSFET for switching between the unipolar mode and the bipolar mode is a p-channel type or an n-channel type. In the p-channel type of the first embodiment, the source region is connected to the anode electrode, whereas the n-channel type has a slight difference in operation in that the drain region is connected to the anode electrode. That is, in the p-channel type, the gate potential can be applied to the anode potential, whereas in the n-channel type, the potential of the gate electrode 47 basically needs to be applied to the floating ohmic electrode 54. different. For this reason, the p-channel type has three terminal elements, whereas the n-channel type has four terminal elements, which has a drawback that the driving circuit is complicated in application. In the case of the n-channel type, this is during the unipolar operation, that is, the n-channel MOSF.
When ET is off and the p-well 43 is in a floating state, the electron current flowing immediately below the p-well 43 causes n
When a voltage drop occurs in the layer 42, the potential of the p-well 43, that is, the potential of the source region 52 of the n-channel MOSFET follows this and decreases with respect to the potential of the anode electrode 48.
MOSF between gate and source of n-channel MOSFET
This is because the voltage is such that ET is turned on. When this phenomenon occurs, the rectifying element of this embodiment cannot maintain the unipolar operation, and the minority carrier injection is small, but the bipolar operation is performed. However, this drawback can also be avoided by proper design. Now, let V DROP be the voltage drop generated in the n layer 42 immediately below the p well at the maximum current used, and n
When the gate threshold of the channel MOSFET and V TH, if V DROP <V TH n-channel MO
The SFET does not turn on and can maintain unipolar operation. V TH is applied to the gate for bipolar operation.
The above voltage may be applied. It is also possible to prevent unwanted bipolar operation by applying a negative voltage to the gate. In such a case, it can be used as a three-terminal element as in the first embodiment. FIG. 5 shows an example in which the rectifying element of this embodiment is used as a three-terminal element and is applied to a PWM inverter as in the case of FIG. In this application example, IGBTs 12-5 to 12-8
The gates of the rectifying elements 11-5 to 11-8 of this reference example are driven by the same control circuits 16-5 to 16-8 and the same drive circuits 13-5 to 13-8. Since the gate voltage for conducting the n-channel MOSFET is opposite to that of the p-channel type, there is an advantage that the drive circuits 13-5 to 13-8 of the IGBT and the rectifying element can be shared. Also in this case, the operation described with reference to FIG. 3 can be realized except that the logic of the signal applied to the gate is different. Further, as described above, if the element is designed so that V DROP <V TH , the signal potential of the drive circuit becomes
It can be driven only by positive voltage, not necessarily by positive and negative voltage. It can be said that this method is preferable as compared with the first embodiment because the driving voltage of the IGBT has recently been driven only by the positive voltage instead of the positive and negative voltages. Although the embodiment has been described above in the case where the substrate is the n-type, it goes without saying that it is possible to form it on the p-type substrate by exchanging p and n. It goes without saying that it is possible to form the n + layer on one surface side and the p well or the like on the other surface by diffusion of impurities using the n layer as the substrate. Further, in the reference example , the n drain region 55
Is arranged in the center of the p well 43, and the n source region 52 and the p + contact region 53 are arranged in the periphery. However, it is clear that the same effect can be obtained by reversing the structure. There are various modified structures that can achieve the same effect. Further, in the above-mentioned embodiment, the vertical electrode in which the anode electrode and the cathode electrode are formed on different main surfaces of the semiconductor substrate is shown, but it is also applicable to a so-called horizontal element in which both are formed on the same main surface. Needless to say.

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、第
一導電型半導体層の表面層の一部に第二導電型ウェルを
形成し、その中に第一導電型ウェル、更にその中に第二
導電型ソース領域を形成し、第一導電型ウェルの表面上
にゲート酸化膜を介したゲート電極を設け、第二導電型
ソース領域と第一導電型ウェルの表面に共通に接触する
アノード電極が第一導電型半導体層表面とショットキー
接合を形成することにより、オン電圧の低いバイポーラ
動作と、逆回復電流の小さいユニポーラ動作とを切り換
えられる整流素子とすることができる。本発明の整流素
子は、ゲート電極直下のチャネル領域の比抵抗が低く、
パンチスルーが起こり難いため、チャネル長を十分短く
することが可能となる。その結果、オン時の少数キャリ
アの注入を増加させることができ、オン電圧を低減する
ことができる。また、埋め込み層などの複雑な工程無し
に、製造できる構造とすることによりコストを低減でき
る。また、本発明の整流素子の駆動方法としては、pn
接合が定常的に順方向バイアスされる場合には、ゲート
電極の直下に反転層が形成されるようにゲート電極に電
圧を印加し、pn接合が順方向から逆方向バイアスされ
る直前の一定時間前に、第一導電型半導体層の少数キャ
リアのライフタイム程度以上の一定時間前に、ゲート電
極の直下の反転層が消滅するようにゲート電極に電圧を
印加するものとする。そのような方法を取れば、注入さ
れた少数キャリアは逆バイアスの印加前に消滅するの
で、逆回復電流は小さくでき、スイッチング損失の大幅
な低減が可能となる。
As described above, according to the present invention, the second-conductivity-type well is formed in a part of the surface layer of the first-conductivity-type semiconductor layer, and the first-conductivity-type well is formed in the well. A second conductivity type source region is formed on the first conductivity type well, a gate electrode via a gate oxide film is provided on the surface of the first conductivity type well, and the second conductivity type source region and the first conductivity type well surface are commonly contacted. an anode electrode Ri by the forming the first conductivity type semiconductor layer surface and the Schottky junction may be a bipolar operation with low on-voltage, a smaller unipolar operation and rectifying element is switched to the reverse recovery current. The rectifying element of the present invention has a low specific resistance in the channel region immediately below the gate electrode,
Since punch through hardly occurs, the channel length can be shortened sufficiently. As a result, the injection of minority carriers at the time of ON can be increased, and the ON voltage can be reduced. Further, the cost can be reduced by adopting a structure that can be manufactured without complicated steps such as a buried layer. Further, as a driving method of the rectifying element of the present invention, pn
When the junction is constantly forward-biased, a voltage is applied to the gate electrode so that an inversion layer is formed immediately below the gate electrode, and the pn junction is forward biased from the forward direction for a predetermined time. Before, a voltage is applied to the gate electrode so that the inversion layer immediately below the gate electrode disappears after a certain time longer than the lifetime of minority carriers of the first conductivity type semiconductor layer. If such a method is adopted, the injected minority carriers disappear before the application of the reverse bias, so that the reverse recovery current can be reduced and the switching loss can be greatly reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明第一の実施例の整流素子の断面図FIG. 1 is a sectional view of a rectifying device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第一の実施例の整流素子を用いたPWMインバ
ータ回路図
FIG. 2 is a PWM inverter circuit diagram using the rectifying element of the first embodiment.

【図3】図2の回路におけるIGBTと整流素子の駆動
信号の図
FIG. 3 is a diagram of driving signals for an IGBT and a rectifying element in the circuit of FIG.

【図4】本発明参考例の整流素子の断面図FIG. 4 is a sectional view of a rectifying element according to a reference example of the present invention.

【図5】参考例の整流素子を用いたPWMインバータ回
路図
FIG. 5 is a PWM inverter circuit diagram using a rectifying element of a reference example.

【図6】(a)は誘導負荷回路の図、(b)は(a)の
pinダイオードとスイッチング素子に流れる電流波形
の図
6A is a diagram of an inductive load circuit, and FIG. 6B is a diagram of waveforms of currents flowing in the pin diode and the switching element of FIG. 6A.

【図7】従来のバイポーラ動作とユニポーラ動作の切り
換え可能な整流素子の断面図
FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional rectifier that can switch between bipolar operation and unipolar operation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、21、41 n+ 基板 2、22、42 n層 6、26、46 ゲート酸化膜 7、27、47 ゲート電極 8、28、48 アノード電極 10、30、50 カソード電極 11 pinダイオード 11−1〜11−8 本発明の整流素子 12、12−1〜12−8 IGBT 13、13−1〜13−8 IGBTのドライブ回路 14−1〜14−4 整流素子のドライブ回路 15−1〜15−4 インバータ 16−1〜16−8 制御回路 17 負荷インダクタ 18 主電源 19、39、59 ショットキー接合 20 浮遊インダクタンス 23、43 pウェル 24 nウェル 25 pソース領域 29 絶縁膜 31、51 p補助領域 52 nソース領域 53 p+ コンタクト領域 54 オーミック電極 55 nドレイン領域 61 p埋め込み領域 62 nエピタキシャル層 63 pソース領域 64 pドレイン領域1, 21, 41 n + Substrate 2, 22, 42 n Layer 6, 26, 46 Gate oxide film 7, 27, 47 Gate electrode 8, 28, 48 Anode electrode 10, 30, 50 Cathode electrode 11 Pin diode 11-1 -11-8 Rectifying element 12 of this invention 12, 12-1 to 12-8 IGBT 13, 13-1 to 13-8 IGBT drive circuit 14-1 to 14-4 Rectifying element drive circuit 15-1 to 15- 4 inverters 16-1 to 16-8 control circuit 17 load inductor 18 main power supply 19, 39, 59 Schottky junction 20 stray inductance 23, 43 p well 24 n well 25 p source region 29 insulating film 31, 51 p auxiliary region 52 n source region 53 p + contact region 54 ohmic electrode 55 n drain region 61 p buried region 62 n epitaxial layer 63 The source region 64 p drain region

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/47 H01L 29/872 H01L 29/78 654 H01L 29/78 655 Front page continued (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/47 H01L 29/872 H01L 29/78 654 H01L 29/78 655

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板の一部をなす第一導電型半導体
層の一方の主面の表面層の一部に形成された第二導電型
ウェルと、その第二導電型ウェルの表面層の一部に形成
された第一導電型ウェルと、その第一導電型ウェル領域
の表面層の一部に形成された高濃度の第二導電型ソース
領域と、前記第二導電型ウェルと第二導電型ソース領域
とに挟まれた第一導電型ウェルの表面上にゲート絶縁膜
を介して形成されたゲート電極と、前記第一導電型ウェ
ルと第二導電型ソース領域との表面に共通に接触して設
けられた第一主電極と、前記第一導電型半導体層に接し
半導体基板の一部をなす第一導電型領域の表面上にオー
ミック接触をする第二主電極とを有し、第二導電型ウェ
ルが形成されていない第一導電型半導体層の前記一方の
主面部分に第一主電極がショットキー接合を形成して接
触することを特徴とする整流素子。
1. A well of a second conductivity type formed in a part of a surface layer of one main surface of a first conductivity type semiconductor layer forming a part of a semiconductor substrate, and a surface layer of the second conductivity type well. A first conductivity type well formed in a part, a high-concentration second conductivity type source region formed in a part of the surface layer of the first conductivity type well region, the second conductivity type well and the second region A gate electrode formed via a gate insulating film on the surface of the first conductivity type well sandwiched between the conductivity type source region and the surface of the first conductivity type well and the second conductivity type source region in common. A first main electrode provided in contact with, and a second main electrode in ohmic contact on the surface of the first conductivity type region that is in contact with the first conductivity type semiconductor layer and forms a part of the semiconductor substrate, on the one <br/> main surface portion of the first conductive type semiconductor layer where the second conductive well is not formed first Rectifying element characterized in that the main electrode is in contact to form a Schottky junction.
【請求項2】第二導電型ウェルが形成されていない第一
導電型半導体層の一方の主面の表面の一部に、高濃度
の第二導電型補助領域を備えたことを特徴とする請求項
1に記載の整流素子。
2. A high-concentration second-conductivity-type auxiliary region is provided in a part of the surface layer of one main surface of the first-conductivity-type semiconductor layer in which the second-conductivity-type well is not formed. Claims to
1. The rectifying element according to 1 .
【請求項3】第二導電型ウェルと第二導電補助領域と
の間、および第二導電型補助領域同士の間に挟まれた第
一導電型半導体層の表面露出部の最大長が20μm以下
であることを特徴とする請求項に記載の整流素子。
3. The maximum length of the exposed surface portion of the first conductivity type semiconductor layer sandwiched between the second conductivity type well and the second conductivity type auxiliary region and between the second conductivity type auxiliary regions is 20 μm. The rectifying element according to claim 2 , wherein:
【請求項4】第一導電型半導体層と第二導電型ウェルと
の間のpn接合が、定常的に順方向バイアスされる場合
にはゲート電極の直下に反転層が形成されるようにゲー
ト電極に電圧を印加し、前記pn接合が順方向から逆方
向バイアスされる直前の一定時間前に、ゲート電極の直
下の反転層が消滅するようにゲート電極に電圧を印加す
ることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか 1
記載の整流素子の駆動方法。
4. A gate such that an inversion layer is formed immediately below a gate electrode when a pn junction between a first conductivity type semiconductor layer and a second conductivity type well is constantly forward biased. A voltage is applied to the electrode, and a voltage is applied to the gate electrode so that the inversion layer immediately below the gate electrode disappears a certain time before the pn junction is reverse biased from the forward direction. the driving method of the rectifying element according to any one of claims 1 to 3.
【請求項5】一定時間が第一導電型半導体層の少数キャ
リアのライフタイム程度以上であることを特徴とする請
求項に記載の整流素子の駆動方法。
5. The method of driving a rectifying device according to claim 4 , wherein the certain period of time is equal to or longer than the lifetime of minority carriers of the first conductivity type semiconductor layer.
【請求項6】ブリッジ接続された少なくとも4個の絶縁
ゲート型半導体スイッチング素子と、それぞれに逆並列
に接続された請求項1ないし3のいずれか 1 に記載の
整流素子を有する誘導負荷回路において、前記絶縁ゲー
ト型半導体スイッチング素子のゲートと整流素子のゲー
トとを、互いに反転したゲート駆動出力によって駆動す
ることを特徴とする整流素子の駆動方法。
6. A bridge-connected at least four insulated gate semiconductor switching devices, the inductive load circuit having a rectifying device according to any one of claims 1 to 3 connected in reverse parallel to each A method for driving a rectifying element, characterized in that the gate of the insulated gate semiconductor switching element and the gate of the rectifying element are driven by mutually inverted gate drive outputs.
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