JPH0338882A - 半導体整流装置 - 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】 〔概　　要〕 本発明は、ｐｉｎ構造を有する半導体整流装置に関し、
ライフタイムコントロール等の方法を用いることなく、
逆回復時の電流の傾きを緩やかに保ったまま逆回復時間
を短くするため、ｐ型領域の不純物濃度を１×１０′５
〜ｌＸｌ０”Ｃ酊３とすると共に、ｉ領域の厚さを３０
〜７０μｍとしたものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、ｐｉｎ構造を有する半導体整流装置に関する
。

〔従来の技術〕

従来のｐｉｎダイオードは、−船釣には第１０図に示す
ように、不純物濃度ｌＸｌ０”〜１×１０１９ｃｍ−１
程度のｐ型領域１と、はぼ同様の不純物濃度のｎ型領域
２との間に、不純物濃度ｌＸｌ０”程度の低不純物濃度
のｉ領域３を介在させた構造となっている。

そして、このような構造のｐｉｎダイオードに順バイア
スを加えている状態から逆バイアスに切り換えた場合は
、第１１図に示すように、まず順電流ＩＦが減少してい
き、その後、電流ゼロを経て逆電流が流れ始める。次に
、逆電流の最大値■□。

に達した後、逆電流は減少し始め、最終的に電流ゼロに
落ち着く。同図において、ｔ　ｒｒは、順電流がゼロま
で減少してから、逆電流の最大値ＩＲＰの１０％まで回
復するのに要する時間（以下、逆回復時間と称す）であ
り、ｄｉ／ｄｔ２は、逆電流の最大値ＩＲＰから回復す
るまでの電流の傾きである。

〔発明が解決しようとする課題〕

半導体整流装置では、一般に高周波化の要望があり、そ
のためには逆回復時間Ｌｒｒを短くする必要がある。と
ころが、単に逆回復時間ｔｒｒを短くしようとすると、
逆回復時の電流の傾きｄ　ｉ　／　ｄｉ２が大きくなる
。すると、この半導体整流装置を組み込んだ回路内に存
在するインダクタンス成分りにより、　Ｌ　ｄ　ｉ　／
　ｄ　ｔ　２なる大きな起電力が生し、スパイクノイズ
の発生や素子の破壊等の原因になるという問題が生した
。

ところで、逆回復時間ｔ　ｒｒを短くするための手段と
しでは、従来から、例えばＡｕやｐｔ等の重金属の拡散
や、電子線やプロトンの照射により、キャリアのライフ
タイムをコントロールする手法が知られている。或いは
、シヨソトキーハリアダイオートを構成することによっ
ても、逆回復時間ｔ　ｒｒの短縮化が可能になる。

ところが、上記のライフタイムコントロールを行うと、
順電圧ＶＦが高くなり、しかもリーク電流も大きくなる
という問題があり、また、ショソトキーダイオードもリ
ーク電流が大きくなる等の問題がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
り、その目的は、ライフタイムコントロール等の方法を
用いることなく、逆回復時間ｔ　ｒｒを短くし、かつ逆
回復時の電流の傾きｄｉ／ｄｔ２を緩やかにすることの
できる半導体整流装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は、ｐ型領域とｎ型領域との間に低不純物濃度の
ｉ　６Ｎ域を介在させたｐｉｎ構造を有する半導体整流
装置において、ｐ型領域の不純物濃度を順次変化させた
場合の不純物プロファイルを示す図であり、第２図は、
上記第１図の不純物濃度変化Ｇこ幻応した逆回復時の電
流変化を示す図である。第３図は、同様なｐｉｎ構造を
有する半導体整流装置において、ｉ領域の厚さを順次変
化させた場合の不純物プロファイルを示す図であり、第
４図は、上記第３図の厚さ変化に対応した逆回復時の電
流変化を示す図である。

まず第１図に示すように、ｐ型領域の不純物濃度を■〉
■〉■のように順次減らしていくと、ｉ領域への正札の
注入が減少していくことから、逆回復時間ｔｒｒは第２
図に示すように■〉■〉■と減少することがわかった。

ただし、第２図から明らかなように、電流の傾きｄ　ｉ
　／　ｄ　ｔ　２はｐ型領域の不純物濃度とはほとんど
無関係であり、いずれの場合もほぼ同し傾きとなった。

これは、ｐｎ接合が回復した後、ｉ領域に残存するキャ
リアが再結合等により消滅する割合が同程度だからであ
る。

そこで、第３図に示すように、ｉ領域の不純物濃度をＩ
　Ｘ　１０　”ｃｍ−”に固定したまま、厚さを■〈■
く■と順次厚くしていくと、ｉ領域に蓄積されたキャリ
アの量が多くなることから、第３図に示すように逆回復
時間ｔ　ｒｒが■〈■く■とわずかずつ増加していく一
方、逆回復時の電流の傾きｄｉ　／　ｄ　ｔ　２が■〉
■〉■と緩やかになっていくこ− とがわかった。

以上のことから、ｐ型領域の不純物濃度とｉ　ｉｉ域の
厚さをそれぞれ適宜設定することにより、逆回復時間Ｌ
ｒｒを短縮させると共に、これとＩ・レドオフ関係にあ
る電流の傾きｄｉ／ｄＬ２を緩やかにすることが可能で
あることがわかる。

そこで次に、第５図〜第７図に基づき、ｐ型領域の不純
物濃度とｉ　ＳＪｆ域の厚さの望ましい範囲をそれぞれ
決定する。この際、順電圧ＶＦをも考慮する。なお、第
５図、第６図、第７図は、それぞれ逆回復時間ｔ　ｒｒ
、電流の傾きｄｉ／ｄｔ２、順電圧ＶＦとｉ領域の厚さ
との関係をｐ型領域の不純物濃度をバタメータとして示
した図である。これらの図から、以下のｉ〜１ｉｉの点
が明らかである。

）第６図より、ｉ領域の厚さが３０μｍ以下になると、
電流の傾きｄ　ｉ　／　ｄ　ｔ　２が急増することがわ
かる。また、ｐ型領域の不純物濃度が１×１０”ｃｍ−
”を越えると、ｄｉ／ｄｔ２の増加が一層激しくなるこ
ともわかる。

ｉｉ）第７図より、ｉ領域の厚さが厚くなると、順電Ｉ
−Ｅ　Ｖ　Ｆもわずかずつ増加するが、ｉ　Ｎ域の厚さ
が７０μｍまでだと、順電圧ＶＦが素子としての損失を
考えた場合の」二限である（、ＯＶ以下に抑えられるこ
とがわかる。また、ｐ型領域の不純物濃度が１×１０１
８ＣＩ１１−３以上だと、ｉ領域の厚さが３０μｍであ
っても、順電圧ＶＦは１．０Ｖ以上となってしまう。

１１１）第５図より、ｉ領域の厚さが厚くなることによ
って、またｐ型領域の不純物濃度が増加することによっ
ても、逆回復時間Ｌｒｒが増加するのがわかる。そして
特に、ｐ型領域の不純物濃度がＩＸ　Ｉ　Ｑ　１７ｃｍ
−３を越えると、逆回復時間ｔ　ｒｒが高周波に使用し
うる限度である２、０μｓを越える程に増加してしまう
のが明らかである。

従って本発明では、上記１〜１１１の点に基づき、ｐ型
領域の不純物濃度を１×１０１５〜ＩＸ１．０１７ｃｍ
”３の範囲に設定すると共に、ｉ領域の厚さを３０〜７
０μｍの範囲に設定した。

〔作　　　用） 上述したように、Ｐ型領域の不純物濃度を減少一 させていくと、ｉ領域へのキャリアの注入量が減少する
ことにより逆回復時間ｔ−が減少しく第１図及び第２図
参照）、一方、ｉ領域を厚くしていくと、ｉ領域に蓄積
されたキャリアの量が増加することにより電？衆の（頃
きｄ　ｉ　／　ｄ　ｔ　２が緩やかになっていく（第３
図及び第４図参照）。これらの作用に鑑み、Ｐ型領域の
不純物濃度とｉ領域の厚さを上記の範囲に設定した場合
、上記の第５図〜第６図からも明らかなように、逆回復
時間ｔｒｒが２．０μｓ以下まで短縮されると共に、こ
れとトレードオフ関係にある電流の傾きｄ　ｉ　／　ｄ
　ｔ　２　も５０Ａ／μＳ以下の緩やかな傾斜に保たれ
、しかも順電圧■、も１．ＯＶ以下に抑えられる。

〔実　　施　　例〕

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第８図は、本発明の一実施例の半導体整流装置の断面図
である。

同図において、不純物濃度５　Ｘ　Ｉ　０１８ｃｍ−３
程度のｎ型半導体基板１１上に、不純物濃度１×１０ｃ
ｍ−３程度のｎ型低不純物濃度領域であるｉ領域１２が
エピタキシャル成長により厚さｄ−３０〜７０１１ｍの
範囲内に堆積されている。そして、このｉ　ｉＪｆ域１
域中２中定部分に上方から不純物拡散を施すことにより
、不純物濃度１×１０１５〜１×１０１７ｃｍ−３の範
囲内で厚さ５μｍ以上のｐ型領域１３が形成されている
。

また、ｐ型領域１３の周囲には不純物拡散により複数の
フィールドリミティングリング（ＦＬＲ）１４が形成さ
れ、更にその周囲には等価電位電極（ＥＱＲ）１５が形
成されている。更に、フィールドリミティングリング１
４上は酸化膜１６で覆われており、この酸化ＩＩ＊１６
で覆われていないｐ型領域１３上と等価電位電極１５上
にはアルミニウム（Ａ乏）電極１７が設けられている。

この場合、ｐ型領域１３の表面濃度が従来よりも低いが
、Ｐ型領域１３とアルミニウム電極１７との間では十分
なオーミックコンタクトが得られる。また、ｎ型基板１
１の裏面には、この裏面側から順にクロム（Ｃｒ）、ニ
ッケル（Ｎ　ｉ　）　、金（Ａｕ）を積層してなる多層
電極１８が形成されている。

本実施例によれば、ｐ型領域１３の不純物濃度をＩ　Ｘ
　１０”−Ｉ　Ｘ　１０Ｉ７ｃｍ−”の範囲内に設定す
ると共に、ｊ領域１２の厚さｄを３０〜７０μｍの範囲
内に設定したことにより、前記の第５図〜第７図からも
明らかなように、逆回復時の電流の傾きｄｉ／ｄＬ２を
緩やかに保ったまま、逆回復時間り、、、を大幅に短縮
することができる。例えば、ｐ型領域１３の不純物濃度
をＩ　Ｘ　１０　”ｃ＋ｎ−”、その厚さを６μｍとし
、かつｉｇｌ域１２の不純物濃度をＩ　Ｘ　１０　”ｃ
ｍ−３、その厚さを４Ｑμｍとした場合、順バイアスの
状態から逆バイアスを印加することにより、第９図に実
線で示すような電流変化が得られた。なお、同図に破線
で示した曲線は、重金属拡散を用いてライフタイムコン
トロールを行っている従来の素子の電流変化である。同
図から明らかなように、従来は６００ｎｓを越えていた
逆回復時間ｔ　ｒｒが本実施例では３００ｎｓ程度まで
短縮することができ、しかもこのように逆回復時間Ｌ　
ｒｒを大幅に短縮したにもかかわらず、電０ 流の傾きｄ　ｉ　／　ｄ　ｔ　ｚを従来と同程度の緩や
かな傾斜に保つことができた。またこの場合、定格５０
Ａで電流密度１６５Ａ１０ｆｌとすると、順電圧ＶＦも
０．９８Ｖと小さく抑えることができた。このことは、
従来の重金属拡散を用いた素子が逆回復時間ｔｒｒ−６
００ｎ　ｓ、順電圧ＶＦ＝１．１６Ｖであるのと比較す
れば、本実施例の効果の大きさが理解できる。

また、本実施例では、ｐ型領域１３の拡散深さを５μｍ
以上とし、しかもｐ型領域１３の周囲にフィールドリミ
ティングリング１４を設けたことにより、高耐圧５００
Ｖ以上のダイオードを得ることができる。上記のように
ｐ型領域１３の不純物濃度をＩ　Ｘ　１０１６ｃｍ−”
、その厚さを６μｍとし、かつｉｖ４域１２の不純物濃
度をＩ　Ｘ　１０　”ｃｍ−’、その厚さを４０μｍと
した場合、６５０ｖ程度の大きな逆耐圧を得ることがで
きた。

なお、ｉ領域１２として、ｎ型の低不純物濃度領域の代
わりに、ｐ型の低不純物濃度領域を用いても十分な特性
を得ることができる。

■ また、本発明は、上記実施例ムこ示したような電力用の
ダイオードだけでなく、低電流用のダイオードにも適用
できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ｐ型領域の不純物濃度とｉ領域の厚さ
を所定の範囲内に設定したことにより、逆回復時間ｔ　
ｒｒを著しく短縮できると共に、この逆回復時間ｔｒｒ
とはトレードオフ関係にある電流の傾きｄｉ／ｄｔ２を
緩やかに保つことができるようになり、しかも順電圧Ｖ
Ｆをも低く抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はｐｉｎ構造を有する半導体整流装置におけるＰ
型領域の不純物濃度を順次変化させた場合の不純物プロ
ファイルを示す図、 第２図は第１図の不純物濃度変化に対応した逆回復時の
電流変化を示す図、 第３図はｐｉｎ構造を有する半導体整流装置におけるｉ
領域の厚さを順次変化させた場合の不純物プロファイル
を示す図、 １２ 第４図は第３図の厚さ変化に対応した逆回復時の電流変
化を示す図、 第５図は逆回復時間ｔｒｒとｉ領域の厚さとの関係をｐ
型領域の不純物濃度をパタメータとして示す図、 第６図は電流の傾きｄｉ／ｄｔ、２とｉ領域の厚さとの
関係をｐ型領域の不純物濃度をバタメータとして示す図
、 第７図は順電圧ＶＦとｊ領域の厚さとの関係をｐ型領域
の不純物濃度をバクメータトして示す図、第８図は本発
明の一実施例の半導体整流装置の断面図、 第９図は逆回復時の電流変化を上記実施例と従来例とで
比較して示す図、 第１０図は従来の一般的なｐｉｎダイオードの断面構造
を示す図、 第１１図は上記−船釣なｐｉｎダイオードにおける逆回
復時の電流変化を示す図である。 １１・・・ｎ型基板、 １２・・・ｉ領域、 ３ １３　・ ｐ型領域、 １４　・ ・フィールドリミティングリング、 ｌ　５　・ ・等価電位電極、 ｔ　ｒｒ　・ ・逆回復時間、 ｄ　ｉ　／　ｄ　ｔ　２ ・逆回復時の電流の傾き、 ＶＦ ・順電圧。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｐ型領域とｎ型領域との間に低不純物濃度のｉ領域を介
   在させたｐｉｎ構造を有する半導体整流装置において、 前記ｐ型領域の不純物濃度を１×１０＾１＾５〜１×１
   ０＾１＾７ｃｍ＾−＾３とし、前記ｉ領域の厚さを３０
   〜７０μｍとしたことを特徴とする半導体整流装置。