JPH03229471A - 高速ダンパ・ダイオードと方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高電圧、大電力スイッチング・ダイオード用
の手段と方法に関し、ざらに詳しくは、一般的に高解像
度ＣＲＴモニタとテレビの偏向用途に使用する高電圧、
大電力スイッチング・ダイオード用の手段と方法に関す
る。

（従来の技術および解決すべき課題） 高電圧、高電力ダイオードは、ソリッド・ステートのＣ
ＲＴモニタとテレビ受像機の水平偏向回路に広く使用さ
れている。これらのダイオードは、偏向周期の一部の期
間に導通経路を設け、望ましくない発撮を抑制する（例
えば、Ｋｉｖｅｒ　ａｎｄＫａｕｆｍａｎ、　　’ゴｅ
ｌｅｖｉｓｉｏｎ　　Ｓｉｍｐｌｉｉｅｄ”、　　７ｔ
ｈ　　Ｅｄｉｔｉｏｎ。

Ｄｅｌｍａｒ　Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ、　Ａｌｂａｎｙ
　ＮＹ、　ｐａｇｅｓ　３９２−３９８参照）。この種
の素子は、技術上「ダンパ・ダイオード」と呼ばれ、高
電圧（例えば、ＢＶＲ〜４００−１６００ボルト）に耐
え、実質電流（例えば、Ｉ　Ｆ〜１−１０アンペア）を
流し、オンとオフを高速（例えば、ＴＲＲとＴＦＲ≦３
００ナノ秒）で切り替え、過渡エネルギ（例えば、ＵＩ
Ｓ≧１−５ミリジユール）の実質的な量を吸収すること
ができなければならない。

ＣＲＴモニタとテレビ表示装置は、い１れも高精細度画
像、すなわち高解像度であり、大型画面フォーマットを
有することか引き続き必要とされている。次に、これら
の必要性は、今度はダンパ・ダイオードが高耐電圧、高
速スイッチングおよび高エネルキ吸収能力を有すること
を要求する。

伯の特性、例えば順方向過渡電圧オーバシュートとダイ
の寸法もまた重要である。

従来技術によるダンパ・グイオートの特性は、幾つかの
用途には適しているが、高性能の用途の場合、特に現在
問題となっている大型フォーマットと高解像度システム
の場合については、多くの要望事項かそのまま放置され
ている。したがって、改良された性能を有するダンパ・
ダイオードに対する要望が引き続いて存在する。

過去において、ダンパ・ダイオードの性能を改良する試
みか多く行われた。例えば、ダイオードの逆耐電圧（Ｖ
なわち、ＢＶＲと略記する）と過渡降伏エネルギー処理
能力（クランプしない誘導性スイッチング・エネルギの
量として測定され、これは逆バイアスされた装置が許容
できるものであり、ＵＩＳと略記する）は、半導体ダイ
オードの空乏領域の抵抗性および（または）厚さを増加
させることによって高めることができる。しかし、この
種の変更は、−船釣に導通スイッチング速度（すなわち
、順方向過渡回復、ＴＦＲと略記する）と順方向過渡導
通ビーク・オーバシュート電圧（ＴＯＰＯと略記する）
を増加さゼる。

逆方向回復肋間（りなわら、逆方向過渡回復、ＴＲＲと
略記する）は、ライフタイム・キラー（ｌｉｆｅｔｉｍ
ｅ　ｋｉｌｌｅｒ）の不純物を空間ｖＪ電領領域導入す
ることによって短くすることができる。これはうまくい
くが、一方これによって順方向電圧（ＶＦ）の低下が大
きくなる。ダイオード領域（ＤＡと略記する）を増加さ
せることによって、順方向の電圧低下（ＶＦ）とＴＯＰ
Ｏを少なくし、定格順方向電流（ＩＦと略記する）を増
加させることかできる。しかし、ＤＡが大きいと、素子
のコストが高くなり、これは、とりわけ、民生用の用途
では望ましくない。

必要なことは、ＤＡを増加させず、ＴＲＲ１■Ｆおよび
ＶＦに重大な悪影響を及ぼすことなく、ＴＦＲとＴＯＰ
Ｏを減少ｇｔ＝、ＵＴＳとＢＶＲｔ増加させる手段であ
る。ダイオードの他の重要なパラメータに対して悪影響
を及ぼすことなく、および（または＞ＤＡと価格を実質
的に増加させないで、より進歩したＣＲＴ偏向回路にと
って最も重要である特性（例えば、ＢＶＲ，ＴＦＲ，Ｔ
ＲＲ，Ｕ　ＩＳ、ＴＯＰＯＷ）の幾つかまたはすべてを
改良した高電圧、高電流ダイオードを提供することは現
在まで不可能であった。したがって、従来技術のこれら
の欠陥を克服する改良された手段と方法、特に同等また
はそれ以上のＢＶＲ，ＵＩＳ、ＴＦＲ，ＴＲＲおよびＴ
ＯＰＯを有するダンパ・ダイオードに対する改良された
手段と方法が引き続き必要である。

本発明の目的は、高電圧、高電力、高速スイッチング・
ダイオード用の改良された手段と方法を提供することで
ある。他の目的は、ＤＡを大巾にに増加させず、ＴＲＲ
，ＩＦ、ＶＦまたは他の重要なダイオードの特性を劣化
させないで、最も重要なパラメータ（例えば、ＢＶＲ，
ＴＦＲ，Ｕ　ＩＳおよびＴＯＰＯ）の幾つかを改良した
ダイオードを提供することである。更に他の目的は、特
に高解像度および（または）大型フォーマットのＣＲＴ
（ｆｆｌ向ドライバの用途に使用するダンパ・ダイオー
ドに適したダイオード用の改良された手段と方法を提供
することである。

（発明の概要） 前述および他の目的と利点は、ｐ　ｉ　−Ｎｕダイオー
ド横迄によって提供され、このｐ　ｉ　−ＮＬＩダイオ
ード構造は、好適な実施例では、第１導電性タイプ（例
えば、Ｎ　）の不純物を多量に添加した半導体基板、第
１の厚さと第１タイプの第１不純物濃度を有し実質的に
均一に少量の不純物（例えば、Ｎｕ）を添加した前記基
板上の第１半導体領域、第２の厚さと第１のタイプと反
対の第２のタイプの第２不純物濃度を有し実質的に均一
に少量の不純物（例えば、Ｐｉ）を添加した前記第１領
域上の第２半導体領域であって、前記第１領域とＰＮ接
合を形成する前記第２半導体領域、および前記第２領域
と接触し第２導電性タイプ（例えば、Ｐ　）の不純物を
多量に添加した第３領域によって構成される。

第１領域と第２領域について「厚さ」×「濃度」の積か
実質的に等しく、トナーまたはアクセプタは望ましくは
１平方センチ当たり約２Ｘ１０１２てあり、第１領域と
第２領域の両方の厚さはＫｓＥＣ／ｑＣ以上てめること
か望ましく、ここでに３は半導体の誘電率、ｑは電荷、
Ｃはそれぞれの領域の不純物濃度、ＥＣはこの半導体の
降伏電界である。

第１領域と第２領域との間で逆耐電圧をほぼ等しく維持
することが望ましい。好適な実施例の場合、これは、第
１と第２の厚さと濃度を実質的に等しくすることによっ
て行われる。

ＢＶＲ値か約≧１０００ボルトのダイオードの場合、第
１および第２不純物濃度が約≦１０１５／Ｃｍ３であり
、第１と第２の厚さが各々約≧５０マイクロメータであ
る。好適な実行の場合、第１と第２領域をエピタキシャ
ルで形成することによって第１と第２形成段階が構成さ
れることが望ましい。好適な実施例の場合、ＰＮ接合は
ダイオードの輪郭を付けた「メサ」形の水平方向の周辺
に延び、パッシベーション層によって保護される。

上述の改良されたダイオードは、好適な実施例によれば
、改良された組み立て工程によって提供され、この工程
は、第１導電性タイプ（例えば、Ｎ”−）多量の不純物
を添加した半導体基板を設ける段階、第１の厚さと第１
タイプの第１不純物激度を有し実質的に均一に少量の不
純物（例えば、Ｎｕ）を添加した半導体領域を前記基板
上に形成する段階、第２の厚さと第１のタイプと反対の
第２のタイプの第２不純物濃度を有し実質的に均一に少
量の不純物（例えば、Ｐｉ）を添加した第２半導体領域
を前記第１領域上に形成し、これによって前記第１領域
とのＰＮ接合を形成する段階、および前記第２領域と接
触し第２導電性タイプ（例えば、Ｐ　）の不純物を多量
に添加した第３領域を形成する段階によって構成される
。

上記の形成段階は、第１領域と第２領域について「厚ざ
ＪＸｒ濃度」の積が実質的に等しくなり、トナーまたは
アクセプタは望ましくは１平方センチ当たり約２×１０
１２となるように厚さと濃度を設定し、第１領域と第２
領域の両方の厚ざをＫｓＥ　Ｃ／　Ｑ　Ｃ以上に設定す
る段階によって構成されることが望ましく、ここでＫＳ
は半導体の誘電率、ｑは電荷、Ｃはそれぞれの領域の不
純物濃度、ＥＣはこの半導体の降伏電界である。

また上記の形成段階は、第１領域と第２領域との間で逆
＃４Ｎ圧がほぼ等しく維持されるように第１領域と第２
領域を形成する段階によって構成されることが望ましく
、好適な実施例の場合、これは、第１と第２の厚さと濃
度を実質的に等しくする段階によって行われる。

ＢＶＲ値か約≧１０００ボルトのダイオードの場合、第
１および第２領域の形成段階は、第１および第２領域を
約≦１０　　／Ｃｍ３の実質的に均５ −な不純物濃度でエピタキシャルによって成形し、第１
と第２の厚さを約≧５０マイクロメータとする段階によ
って構成されることが望ましい。

第１領域と第２領域がエピタキシャルによって形成され
た後、メサ構造を水平方向の周囲にエチングし、ＰＮ接
合は不活性物質によって被覆され、ここで終了すること
が望ましい。

ここで使用されるように、ｒＮｕ」とｒＰｉＪという用
語は、それぞれ非常に少量の不純物の添加を行ったＮ型
とＰ型の半導体領域を表わし、−船釣に約≦１０　　、
／ｃｍ３のイオン化不純物（添５ 加物）濃度を有し、これは約≦５Ｘ１０１４／３ ／ｃｍ　　であることが望ましく、約≦３Ｘ１０１４／
Ｃｍ３であることが更に望ましい。

パフメータＢＶＲ，ＩＦ、ＴＦＲ，ＴＲＲ，ＵＩｓ、Ｔ
ＯＰＯｌＤＡ、ＶＦ、およびＩＦの意味は技術上周知で
あるが、便宜上ここで簡単に要約する。

ＢＶＲは、−船釣にＩＲ＝１ミリアンペアのアバランシ
ェ電流（ＪＲ）における電圧として決定される逆バイア
ス降伏電圧である。ＩＦはアンペアで表わした定格順方
向動作電流であり、ＶＦはＩＦで動作中の順方向電圧降
下である。

ＴＦＲは順方向過渡回復時間であり、通常ナノ秒で示さ
れ、ダイオードか定格のＢＶＲｔ、：あける阻止から、
定常状態ＶＦの１０％以内の順方向の導通に移行するの
に要する時間として決定される。

ＴＲＲは通常ナノ秒で示される時間であり、ダイオード
の逆回復電流が最終定常状態での逆漏洩電流レベルの１
０％に減少するのに要するＦＰＩ間である。

ＵＩＳは、「クランプしない誘導性スイッチング」規格
の試験によってダイオードの過渡エネルギ吸収能力を測
定したもので、技術上周知であり、例えば、コイルと逆
方向のダイオードを直列に構成する。このダイオードの
両端に短絡用のスイッチを設ける。既知の電流をこのコ
イルに流してここにエネルギを蓄え、次にスイッチを開
いてこの蓄えたエネルギ（Ｌ■２／２）の大部分を阻止
ダイオードに加えてアバランシェすなわちパンチ・スル
ー（ｐｕｎｃｈ　ｔｈｒｏｕｇｈ）を行なわせる。この
逆バイアスされたダイオードが失敗せず吸収できる過渡
エネルギの量は、容易に決定することができる。

ＴＯＰＯは、順方向過渡立ち上がりピーク・オーバシュ
ート電圧であり、これは、ダイオードか阻止状態からｄ
Ｖ／ｄ↑の規格を持つ順方向の導通に切り替えられた場
合、このダイオードの両端に現れ、通常約２００ポル］
〜／マイクロ秒であり、ＣＲＴの波形から容易に決定さ
れる。

ＤＡは、ダイオード領域であり、活性ダイオード領域を
測定することによって容易に決定され、これは、高電圧
メサ・ダイオードの場合、はぼダイの上部表面領域に等
しい。

ダンパ・ダイオードを含むダイオードの特性を表すため
に使用される前述およびその他のパラメータは、当業者
にとて周知である。

（実施例） 第１図は、前述のに１ｖｅｒとにａｕｆｍａｎによる従
来の一般的なＣＲＴ水平偏向駆動回路１０である。

回路１０は、偏向入力端子１２、共通端子１４、駆動ト
ランジスタ１６、ダンパ・ダイオード１８、フライバッ
ク・コンデンサ２０．ヨーク・コイルすなわちトランス
２２および直流電源２・４によって構成される。回路１
０の動作は周知であり、ここでは要約するに止める。

トランジスタ１６は、飽和と遮断との間で動作する。ト
ランジスタ１６か導通状態ならば、電源２４によって決
定される実質的に一定の電圧がコイル２２の両端に現れ
、直線的に上昇（正の）する電流かコイル２２を介して
流れる。この電流は、ＣＲＴビームを直線的に中央から
ＣＲＴ面の（正の）端部に向かって駆動する。ビームが
ＣＲＴ面のく正の）端部に到達する場合、掃引周期の前
半か終了し、トランジスタ１６は遮断する。

このコイル電流は、急激には停止しないが、トランジス
タ１６と通る代わりに同じく正の）方向でコンデンサ２
０に流れ続ける。ヨーク・コイル２２とコンデンサ２０
は、間隔が↑＝２　（ＬＣ）１７２の共撮回路を形成し
、ここでしはヨーク・コイル２２のインダクタンスであ
り、Ｃはコンデンサ２０の容量である。この（正の）ヨ
ーク電流は減少し、コイル電圧が共撮による発振のサイ
ン波の最初の４分の１を完了すると、このコイル電流は
ゼロになり、コンデンサ電圧は最大となり、ＣＲＴビー
ムは開始点に戻る。これによって、フライバック周期の
前半か終了する。

ＬＣ結合の共撮の次の４分の１周期の発振の期間中、コ
ンデンサ２０はコイル２２を介して放電を行い、コイル
２２の電流は反対（負の）方向に流れ、これによってフ
ライバック周期の後半か行われ、ビームをＣＲＴの最初
の偏向からその反対（負の）側に駆動する。（負の）コ
イル電流が共振による発振の第２のの４分の１周期の終
了点で最大値に達すると、ＣＲＴビームはその最大（負
の）偏向になり、フライバック周期の後半が終了する。

この（負の）コイル電流は急激には停止しないで、引き
続き同じ（負の）方向に流れる。ダイオード１８がない
場合、この電流はコンデンサ２０１／２ に還流し共振回路は↑−２（ＬＣ）　　　の間隔て共振
を継続するか、これは望ましくない。ヨーク２２の極性
が発振の第２の４半周期の終了時点（すなわち、フライ
バック周期の後半の終了時点）に反転する場合、ダンパ
・ダイオード１８は順方向にバイアスされ、それ以上の
発振は遮断される。

ヨーク電流はダンパ・ダイオード１８を介してゼロに向
かって直線的に減少を始め、これによって、直線棒引周
期の後半を開始し、ＣＲＴビームは中央の開始点に戻る
。このヨーク・エネルギーは、コンデンサでなくて電源
に戻る。このヨーク電流かぜ口に達すると、このＣＲＴ
ビームは中央の開始位置にあり、掃引周期の後半は終了
し、ダイオード１８は遮断され、トランジスタ１６は導
通され、上述のシーケンスを再び開始する。

初歩的なテレビＣＲＴの場合でさえ、水平棒引の繰り返
し速度は１５，７５０ｃｐＳであり、フライバック間隔
は数マイクロ秒である。−層進歩した高解像度ＣＲＴの
場合、水平棒引の繰り返し速度は５ないし１０倍も速く
、フライバック間隔はこれに応じて短い。したがって、
ダンパ・ダイオード１８は１マイクロ秒の数分の１でオ
ンとオフに切り替わることができなければならず、通常
約３００ナノ秒未満であり、２００ナノ以下であること
か望ましい。ざらに、ヨークとダンパ・ダイオードの両
端の過渡電圧は非常に大きく、例えば、≧６００ボルト
、時には１０００ポルトになり１ｑるので、高い逆耐電
圧もまた必要である。

ざらｔこ、ダンパ・ダイオードは、エミッタ・ベース接
合の破壊を引き起こす可能性のある逆極性がトランジス
タ加えられることによってこのトランジスタか破損する
のを保護する。エミッタ・ベースの破壊電圧は一般的に
非常に低く（例えば、約≦１０ないし２０ボルト）、ダ
ンパ・ダイオード（ＴＯＰＯ）を導通させるのに必要な
過渡過大電圧はこのダイオードの非常に重要な特性であ
る。

もしこのダンパ・ダイオードのＴＯＰＯ値か高すぎると
、これに付随するトランジスタは不良となる化率か高く
なる。

ＣＲＴ偏向に適用する場合の高速、高電力、高電圧スイ
ッチング・ダイオードの用途を第１図の回路を使用して
図示したが、これは単に理解を助けるためのみであり、
本発明は、図示した特定の回路または用途に限定される
ものではないことを当業者は理解する。偏向に適用する
場合の多くの変形と伯の回路が知られており、高速、高
電力、高電圧スイッチング・ダイオードもまた技術上周
知の他の重要な用途に使用されている。

高電力、高速、高電圧ダイオードの特性は、その内部Ｉ
！造と密接に関連する。第２図は従来技術によるダンパ
・ダイオードの内部構造を示す。第２図は、従来技術に
よるダンパ・ダイオードの部分３０から見た簡略化した
概略断面図であり、このダンパ・ダイオードは厚さ３３
のＮ＋基板３２によって構成され、これは百３８を有し
、その上に厚さが３５で少量の不純物を添加したＮ　　
（ＮＵ）層３４と厚ざ３７のＰ　層３６が設けられる。

ＰＮ接合４０はＰ＋層３６とＮｕ層３４との間に形成さ
れ、実質的に片側だけ段の付いた接合である。ＰＮ接合
４０とＮ＋基板３２を有するインタフェース３８との間
のＮｕ層３４の厚さと不純物の添加は、一般的に定格Ｂ
ＶＲ値でパンチ・スルー（ｐｕｎｃｈ　ｔｈｒｏｕｇｈ
）の発生しない逆バイアス空間電荷領域をサポートする
ように選択される。これを行う手段と方法は、技術上周
知である。層３４１Ｊ１、通常不純物を均一に添加して
エピタキシャル成長によって形成される。

金属領域４２と４４は、それぞれＰ　領域３６とＮ＋基
板３２に接触するように設けられる。この種のダイオド
は、一般的に高いＢ＼／Ｒ１命＜すなわち、≧６００ボ
ルト、時として≧１０００ボルト）に耐えなければなら
ないので、パッシベーション層４８によって被覆される
「メサ」形の輪郭をした面４６がダイオード３０の周囲
に設けられ、それ以外の領域ではＰＮ接合は露出される
。輪郭４６とパッシベーション４８は、電界の密集とさ
もなければ著しくＢＶＲを低下させる表面の状態を減少
ざぜる。この種のデバイスを製造する手段と方法は技術
上周知でおる。

第３図と第４図は、ＢＶＲが増加した場合のＴＦＲとＴ
ＯＰＯの変化を示す。実線は、種々の従来技術によるデ
バイスから得られた趨勢を示す。

丸印で表わされる測定点はモトローラ社の製造した従来
技術の形式のダンパ・ダイオルトに対して行われた測定
と推定の結果あり、ひし形と四角形のデータ点は、他の
ダイオード・メーカーのデバイスのものである。これら
のデバイスは、約７ｍｍ”のダイオード領域（ＤＡ〉、
約１ないし５ｍＪのＵＩＳ値および共通したＩＦ、ＶＦ
、ＴＲＲ餡を有する。

第３図と第４図のデータから、３つの異なったメーカー
のデバイスの沖］定に基づいて、より高いＢＶＲの値を
得るための伝統的な方法は、実質的にＴＦＲとＴＯＰＯ
を増加させることが分かる。

歴史的に、この望ましくない状態を克服する唯一の周知
の方法は、ダイオード領域を広げることであった。しか
し、この方法は経済的ではない。したかつて、他のダイ
オードのパラメータに実質的に不利益を及ぼさず、また
ダイオード領域を増加させないで、ダイオードの性能を
改良するためのアプローチ、特にＢＶＲ，Ｕ　ＩＳ、Ｔ
ＦＲ，＃よびＴＯＰＯの改善するアプローチか必要であ
る。

本発明の教示にしたかって準備したデバイスは、非常に
改良された特性を有する。このようなデバイスに対する
ＴＦＲとＴＯＰＯの測定価は、第３図と第４図の三角形
の測定点と破線によって示される。改良された丁ＦＲと
ＴＯＰＯを＠することに加えて、発明のデバイスは、実
質的に同等以下のＤＡ＜例えば、７ｍｍ２ｔ、、対して
６．５ｍｍ２）でもより良好なＵＩＳ（例えば、１′Ｉ
ｄ、イし５ｍＪに対して２０ｍＪ）を有する。これらの
改良されたダイオルトは、第５図に示ダデバイス偶迄を
有し、以下で説明する方法によって形成される。

第５図は、第２図と同様の簡略化した概略断面図である
か、これは本発明の好適な実施例による高電圧、高電力
、高速ダイオードを示す。ここで第２図と５図とで同じ
識別番号を使用し、これらの番号は同じ領域を示す。

第５図を参照して、デバイスの部分６０は、厚ざ３３と
表面３８を有するＮ　基板３２、基板３２の表面３８上
にある厚ざ８１を有するＮ−（Ｎｕ＞領域８０、領域８
０とＰＮ接合８４を形成する厚ざ８３のＰ　　（Ｐｉ）
領域８２、およびインタフェース９０の領域８２上にあ
る厚さ８７のＰ＋領域８６によって構成される。金属接
点４２．４４かＰ　領域８６とＮ　基板３２にそれぞれ
設けられる。

好適な実施例の場合、ＰＮ接合８４はデバイスの部分６
０の輪郭を施した水平な周辺７６まで延びる。水平な周
辺７６は、接合８４か周辺７６を横切る場所での電界密
集を減少させるのを助けるため、（−メサ」形に形成す
ることか望ましい。パッシベーション層７１か接合８４
の上に設けられ、これは領ｖｉ、８６の上まで延びるこ
とか望ましい。

「メサ」の形状にすることとパッシベーション層は従来
技術の場合と同様でおるが、「メサ」とパッシベーショ
ン層に対するＰＮ接合の位置か異なるので、結果も昇な
る。このことは以下でより詳しく説明する。

第５図の構造は、第２図に示す従来技術の構造とは幾つ
かの点で異なる。例えば、第２図の従来技術によるデバ
イスの場合、ＰＮ接合４０は比較的上部のデバイスの表
面３つの近くに位置し、したかって半導体表面３９に関
連する結晶欠陥の影響を受けやすい。また、最大電界（
これは接合部で発生する）は、「メサ」形の輪郭をした
周辺４６の傾斜か最大である、すなわち垂直に近い場所
である上部表面３９と比較的近い場所で発生し、したが
って電界か集中することによるＢＶＲの低下を制限する
輪郭の効果は低下する。さらに、この接合は一側部のみ
て行われる、すなわち、逆バイアス空乏領域は実質的に
Ｎｕ領域３４にのみ延びる。

第５図に示した本発明のデバイスの場合、ＰＮ接合８４
はデバイス中のより深い場所に位置し、そのため半導体
の表面８９に関連する欠陥の影響か少ない。また最大電
界は、傾斜が低い輪郭の付いた周辺７６の傾斜を半分下
った辺りに実質的に位置し、その結果、より強い電界を
拡散させる効果か「メサ」形状から引き出され、その結
果前られるＢＶＲは理論上の最大値により接近する。さ
らに、この接合は両方の側部で行われるので、その結果
、逆バイアス空乏領域は、Ｎｕ領域８０とＰｉ領域８２
の両方に延びる。以下でより詳しく説明するように、本
発明の構造のこれらの特徴は重要な利点を有している。

ダイオードが逆にバイアスされている場合、領域８０．
８２の最大電界は破壊電界Ｆ。より弱くなければならず
、さもなければこのデバイスは破壊、例えば雪崩を起こ
す。グイオートによって維持されている逆バイアス電圧
か、領域８０．８２の両方を横切って分配され、領域８
０．８２の各々の（不純物′ａ度）×（厚さ）の積か実
質的に同じであり、ＢＶＲか≧１０００ボルトのデバイ
スの場合、ドナーまたはアクセプタの値か好ましく２ は約２Ｘ１０　　／ｃｍ２であることが望ましい。

各領域の厚ざ８１．８３かに５Ｅｏ／ｑＣ以上であるこ
とがざらに望ましく、ここでＫＳは半導体の誘電率、ｑ
は電荷、Ｃは各領域の不純物ａ度、およびＥ。はこの半
導体の破壊電界である。

破壊はパンチ・スルーではなく雪崩によって発生される
ように、また加えられた逆バイアスが領域８０．８２を
横切ってほぼ等しく分割されるように、領域８０．８２
の厚さと不純物の添加濃度を選択することか好ましい。

これはＢＶＲの値を最大にする。これは領域８０．８２
の厚さと濃度をほぼ等しくし、領域８０．８２の厚さを
各領域の逆電圧ＢＶＲ，’２に対する各領域内の最大空
乏領域幅よりも広くするすることによって達成されるこ
とか好ましい。

ＢＶＲ≧１０００ボルトのダイオードの場合、領１８０
．８２の不純物濃度は約１０１５　／　Ｃｍ　３以下で
あり、約５Ｘ　１０１４／ｃｒｒ＋３以下であることか
望ましく、約３ｘ１０１４／ｃｍ３以下であることか更
に望ましく、厚ざ８１．８３は約５０マイクロメータ以
上でなければならず、５０ないし８０マイクロメ一タ以
上であることが望ましく、５０ないし７０マイクロメ一
タ以上の範囲であることがざらに望ましい。

本発明の両方の側部で行われ、対称的なＰ”Ｐ　１−Ｎ
ｕ−Ｎ＋構造の実質的な利点は、全エピタキシャル領域
の厚さが同じく例えば、８１と８３の厚さの合計かほぼ
厚さ３５と等しい）場合、Ｐ″−Ｐ　ｒ　−Ｎｕ−Ｎ＋
デバイス内の最大電界は、−側部のみで行われるＰ　　
−Ｎｌ、ｌデバイスで発生する電界よりも弱い。ＢＶＲ
が雪崩破壊の場合のような最大電界Ｅ。によって制御さ
れる場合、不純物の添加ｔ、度と層全体のワざか等しい
ならば、両方の側部で行われる４％造はより大きいＢＶ
Ｒを有する。

Ｐｌ−＼Ｕ構造はトランジスタとの接続にほぼ２０年間
使用されてきたが（例えば、Ｄｅｎｎ　ｉ　ｎｇａｎｄ
　Ｈｏｅ、　　”Ｅｐｉｔａｘｉａｌ　Ｐｉ−Ｎｕ　Ｎ
ＰＮ　Ｈｉｇｈ　Ｖｏｌｔａｇｅｐｏｗｅｒ　ｔｒａｎ
ｓｉｓｔｏｒ　”　　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏ
ｎｓ　ｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅｓ、　Ｖｏ
ｌ、　ＥＤ−１７Ｎｏ、９．　Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ１９
７０、　ｐａｇｅｓ　７１１−７１６参照）、より高性
能ダイオードに対する要望か永い間おり、また当業者に
よってｐｉ−Ｎｕ槽構造永い間知られていたにもかかわ
らず、このＰ　ｌ　−Ｎｕ槽構造これまで高電圧ダイオ
ードには適用されず、また高電圧ダイオード、特にダン
パ・ダイオードとの接続に有利性を有さす、他の用途で
評価されてきた。

例えば、これまで−側部のＰ＋−Ｎｕ　（またはＮ”−
Ｐｉ）構造を採用した高電圧ダイオードで過去に必要と
された不純物を少量添加した（低不純物′７ｐ、度）層
に頼ることなく、同等またはそれ以上のＢＶＲの値か得
られることは理解されていなかった。例えば、従来技術
によるＢＶＲ≧１０００ボルトのＰ　　−ＮＬＩ−Ｎ　
　アパフノンエ型ダンパ・ダイオードは、−船釣に３０
’＞いし４５オーム　Ｃｍ（約１　ｘ　１０１４．′ｃ
ｍ３（７）Ｎ型）で厚さが１００ないし１４０マイクロ
メータのＮＬＪ層を必要とした。本発明の好適な実施例
の場合、定格ＢＶＲの約半分がＮｕ領領域両端で低下す
るとともに約半分がＰｉ領領域両端で低下し、従来技術
によるダイオードと同じまたはこれより高いＢＶＲの設
計の場合、Ｎｕ層とＰｉ層の不純物添加濃度は従来使用
されたよりも少なくとも３倍高くできる。例えば、約６
５マイクロメータの１８ないＬ２６オーム／ｃｍ（７）
Ｎｕ　（約３Ｘ１０”／ｃｍ３のＮ型材料）を同じ厚さ
の約４５ないし６５オ一ム／ＣｍのＰｉ（約３×１０１
４／Ｃｍ３のＰ型材料）と組み合わせると、上述のＰ　
　−Ｎｕ−Ｎｙバイスて得られるＢＶＲと同等またはそ
れ以上のＢＶＲが得られる。これは大変重要な実際の製
造上の利点であるか、その理由は、エピタキシャルによ
って、またはさもなければ不純物を多聞に添加した基板
（例えば、≦０．００３オーム／Ｃｍ、ｉなわチ≧３　
ｘ　１０１９．、′ｃｍ３１７）Ｎ型）の存在する状態
で、および（または）同様のドーピングを行った表面領
域か存在する状態で、非常に少量の不純物を添加した層
を均一かつ再現できるように形成することは非常に困難
であるからである。ざらに、直列に接続されたＰｉ−Ｎ
ｕ領領域抵抗性は、順方向に導電するダイオードの直列
抵抗を低下させる傾向があり、これもまた利点である。

ざらに、Ｐ　ｉ　−Ｎｕ４１１造を使用することによっ
て、他の幾つかの点で同様に製造が容易になることは、
これまで評価されていなかった。前に留意したように、
ＰＮ接合は、Ｐ　　−Ｎｕインタフェース４０ではなく
てｐ　１−４４ｕインタフエース８４に位置するので、
これは実質的にエピタキシャル層８０．８２の中央に位
置する、すなわちＮ″基板３２とＰ＋表面領域８６との
間のほぼ中間に位置し、表面８９と関連する結晶欠陥か
ら十分隔離され、周囲の電界を拡散する場合に端部の輪
郭７６の影響に対してより有利な位置（傾斜角が低い）
にある。

さらに、Ｐ＋領域８６は、実質的にＰ　領域３６よりも
薄く作ることができる。以前には、Ｐ＋領域３６とＮｕ
領域３４との間に形成されるＰＮ接合４０を表面３９か
ら実用上できるだけ遠く、また「メサ」の壁４６のはる
か下方に位置させる必要かめるので、Ｐ＋領域３６に対
して拡散を比較的深く（例えば、Ｃが約２×１０１９／
Ｃｍ３でｘｊが約１０ないし４０マイクロメータ）する
必要があった。より深い接合部が望ましいとしても、そ
のような深い接合を達成するの必要な非常に永い拡散＠
間のコストは禁止的なものであった。また、拡散時間が
このように永くなると、接合の近傍に結晶欠陥をさ・ら
に発生する可能性が高くなる。

発明の構造の場合、比較的薄くて表面濃度が高いＰ−添
加領！、！８６（例えば、Ｃ５が〉２×１０１９／Ｃｍ
３で深ざく１０マイクロメータ）を使用することができ
るか、その理由は１、領域８６は単にＰ１領域８２との
低抵抗接点を形成するだけであり、ＰＮ接合８４を形成
しないからである。また、Ｐ−領域８６内に比較的高い
レヘルの欠陥を許容することができるが、その理由は、
このような欠陥はより深い位置にあるＰＮ接合８４に僅
かしかまたは全く影響を与えないからである。多くの一
般的なＩＣおよび低電圧ディスクリート・デバイスと異
なり、高電圧、高電力デバイスのＰＮ接合近傍の欠陥は
、高い逆バイアスでの漏れ電流およびこのダイオードの
過渡的挙動に対して大きく影響するので、大変重要であ
る。

ざらに、本発明のＰ　１−ＮＬＪダイオード構造が、従
来は知られていなかったり、または従来技術から容易に
予想することのできる他の利点を有することが発見され
た。例えば、ＢＶＲが同等またはそれ以上であり、ＤＡ
が同等またはこれより小さいデバイスの場合、ＴＲＲｌ
ＶＦおよびＩＦを著しく劣化させることなく、ＴＦＲ，
ＵＩＳ、および（または＞ＴＯＰＯが実質的に改善され
ることか発見された。

本発明によって製造されたダンパ・ダイオードに対して
実行されたＢＶＲ，ＴＦＲ，、ｌ”ｊよびＴ。

ＰＯの試験結果は、第３図と第４図の三角形の測定点を
通過する点線によって示される。これらのタイオードは
、ＤＡ＝６．５ｍｍ２であり、コ’／”Ｌは従来技術の
ダイオードより小ざい。面積は小さいか、発明のダイオ
ードは実質的に低いＴＦＲおよびＴＯＰＯを示した。ざ
らに、ＵＩＳの測定結果は、これらのダイオードがＵＩ
Ｓ＝２０ｍＪであり、これはより大きい面積を有する従
来技術によるダイードの４ないし２０倍であることを示
した。ＴＲＲ，ＶＦ、および定格ＩＦは同等であった。

上述のデバイスは、好適的な実施例では、技術上周知の
方法を使用して下記の工程で製造される。

すなわち、洗浄された（１１１）Ｎ　　ンリコン・ウェ
ハ基板を設け、この基板を従来のエピタキシャル反応剤
中に載置し、例えば抵抗値が１０ないし７０オーム、−
’　ｃ　ｍ、好ましくは１４ないし６５オーム／　Ｃｍ
、さらに好ましくは約１８ないし２５オ一ム／Ｃｍの少
量の不純物を添加したＮ型（Ｎｕ＞半導体をこの基板上
に約５０ないし１００マイクロメータ、好ましくは約５
５ないし８５マイクロメータ、ざらに好ましくは６０な
いし７０マイクロメータ蒸看し、例えば抵抗値が２０な
いし１４０オ一ム／ｃｍ、好ましくは２８ないし１３０
オ一ム／Ｃｍ、ざらに好ましくは約４５ないし５５オ一
ム／Ｃｍの少量の不純物を添加したＰ型（Ｐｉ）半導体
の別の層をエピタキシャルによって約６０ないし１１０
マイクロメータ、好ましくは約６５ないし９０マイクロ
メータ、ざらに好ましくは約６０ないし７０マイクロメ
一タ蒸着し、Ｐｉ層の外部表面に、例えば、Ｃｓが約９ ２ないし５Ｘ１Ｑ　　／Ｃｍ３で約１０？イクロメータ
の深さでＰ＋を添加し、都合のよい順番で、Ｎ　基板３
２とＰ　領１４８６に金属接点を設け、ダイオードの周
辺の輪郭７６をメサ形にエツチングし、次に不活性物質
７１によって露出した接合８４を被覆する。

ＴＲＲの調整を助【プるために、金、プラチナ、これら
の組み合わせのようなライフタイム・キラを設け、およ
び（または）少量の不純物を添加したＰｌ−＼Ｕ領領域
高エネルキの電子照射を行うことか望ましい。プラチナ
か好ましく、これは金属被膜を設ける前にエピタキシャ
ル層に導入する。上述の各々の段階を実行する手段と方
法は技術上周知である。

連続したＮｕ層と２１層を同一の反応剤で途中でこれを
取り除くことなくエピタキシャル成長によって形成する
ことか望ましいが、これは本質的なものではない。Ｐｉ
層とＮｕ層内の添加濃度は、これらの間のインタフェー
スとより多くの不純物を添加した下部または上部に位置
する層とのインタフェースを除いて、実質的に均一であ
ることがざらに望ましい。非常に薄い遷移領域がこれら
のインタフェースで生じるのは避は難い。Ｐｉ層とＮｕ
層との間の遷移は、実際の問題に限れば、徐々に変化す
るよりもむしろ急激に変化するほうか望ましいが、これ
は本質的なことではない。Ｎ１層とＮｕ層およびＰ’層
とＰｉ層との間の遷移も急激に変化することが名目上望
ましいが、少なくとも上述の幅に渡って意図的に少量の
不純物を実質的に添加し７：Ｐｉ層とＮｕ層か設けられ
る限り、これらは徐々に変化してもよい。

アルミニウム、クローム−ニッケルー金は接点金属に適
する例であり、不純物を添加した酸化物、光学ガラス、
酸素を添加したポリシリコン、有機重合体、窒化物およ
びこれらの組み合わせは接合不活性物質に適する例であ
る。好ましい不活性物質は、酸素を添加したポリシリコ
ン、不純物を添加した酸化物、および光学ガラスによっ
て構成される層状構造であるが、他の不活性物質を使用
することもできる。不活性物質７１は、メサのエツチン
グの後および金属被膜を設ける前に行うことが望ましい
。

構造を上述のように説明したか、改良された特性の高電
圧、高電力、高速スイッチング・ダイオードが得られ、
これらのダイオードは最も道歩したＣＲＴ偏向回路に使
用するために特によく利用され、発明の工程はこれらの
経済的な製造法を提供することを当業者は容易に理解す
る。

本発明は特定のＰまたはＮを組み合わせたもの（こつい
て説明されたが、ＰとＮを相互に交換てきる構造もまた
本発明の範囲に包含されることを、ここでの説明に基づ
いて、当業者は理解する。例えば、Ｐ　基板を使用し、
Ｐｉ層を最初に蒸着し、２番目にＮｌ２層を蒸着し、最
後にＮ″領域を形成することによって、結果として生じ
る構造は基板から並へてＰ　−Ｐ　１−Ｎｕ−Ｎ□とな
るが、これに限定することを意図するものではない。ま
た、本発明のデバイスはメサ形にエツチングした周辺の
輪郭を使用するものとして説明されたが、接合の周囲に
発生する電界を制御する弛の方法を使用しても、これは
本発明から逸脱するものではない。

ざらに、本発明は、ある種の半導体材料、金属および不
活性物質によって説明されたが、当業者は他の半導体、
金属および不活性物質もまた使用できることを、ここで
の説明に基づいて、理解する。したかつて、ここで行っ
た説明に基づいて、当業者の行うこれらおよびその他の
変形を以下の請求項包含することを意図する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技１ホＪによるダンパ・ダイオードを使
用する一般的なＣＲＴ偏向回路を示す。 第２図は、従来技術によるダンパ・ダイオードの一部の
簡略化した概略断面図を示す。 第３図は、ＢＶＲに対するＴＦＲのプロットを示し、第
４図は、ＢＶＲに対するＴＯＰＯのプロットを示し、こ
れらはそれぞれ従来技術のデバイスと本発明によるデバ
イスに対するものである。 第５図は、本発明によるダンパ・ダイオードの一部の簡
略化した概略断面図を示す。 １０・ １２・ １６・ １８・ ２０・ ２２・ ２４　・ ３０・ ３２・ ３３・ ＣＲＴ偏向駆動回路、 入力端子、１４・・・共通端子、 駆動トランジスタ、 ダンパ・ダイオード、 フライバック・コンデンサ、 ヨーク・コイル、 直流電源、 従来技術のダンパ・ダイオードの一部、Ｎ′基板、 ＼゛＋＋基板さ、 ３４．８０・・・少量の不純物を添加したＮ−（Ｎｕ＞
層、 ３５．８ｌ−−−Ｎ　　（Ｎｕ＞層の厚さ３６．８６・
・・Ｐ　層、 ３７．８７・・・Ｐ　層の厚さ、 ３８・・・Ｎ　基板の表面、 ３９．８９・・・半導体の表面、 ４０．８４・・・ＰＮ接合、 ４２．４４・・・金属領域（金属接点）、４６．７６・
・・メサ形をした輪郭の表面、４８・・・不活性領域、 ６０・・・本発明のダンパ・ダイオードの一部、８２・
・・Ｐ−（Ｐ　ｉ　）領域、 ８３・・・Ｐ−（Ｐ　ｉ　）領域の厚さ、９０・・・イ
ンタフェース。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　高電圧、高電流、高速スイッチング・ダイオードにお
   いて、前記ダイオードは： 第１導電性タイプの不純物を多量に添加した半導体基板
   ； 第１の厚さと第１タイプを有しかつ約１０＾１＾５／ｃ
   ｍ＾３以下の第１不純物濃度を有する実質的に均一に少
   量の不純物（例えば、Ｎｕ）を添加した前記基板上の第
   １半導体領域； 第１の厚さと実質的に等しい第２の厚さと第１のタイプ
   と反対の第２のタイプの第１濃度と実質的に等しい第２
   不純物濃度を有し実質的に均一に少量の不純物を添加し
   た前記第１領域上の第２半導体領域であって、前記第１
   領域とＰＮ接合を形成する前記第２半導体領域；および 前記第２領域と接触し第２導電性タイプの不純物を多量
   に添加した第３領域； によつて構成され、ここで前記第１と第２厚さは実質的
   に等しく約５０マイクロメータ以上であり、前記第１と
   第２不純物濃度が実質的に等しく約５×１０＾１＾４／
   ｃｍ＾３以下であることを特徴とするダイオード。