JPH07312427A - Diode - Google Patents

Diode

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JPH07312427A
JPH07312427A JP10515094A JP10515094A JPH07312427A JP H07312427 A JPH07312427 A JP H07312427A JP 10515094 A JP10515094 A JP 10515094A JP 10515094 A JP10515094 A JP 10515094A JP H07312427 A JPH07312427 A JP H07312427A
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concentration
diode
type region
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Toronnamuchiyai Kuraison
トロンナムチャイ クライソン
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Abstract

PURPOSE:To increase a forward current and obtain excellent reverse recovery characteristics. CONSTITUTION:A diode main body is formed of a junction of a low concentration first conductivity type region 2 and a second conductivity type region 3 formed on the region 2. A first conductivity type anode region 4 is formed on the surface part of the second conductivity type region 3, and a high concentration second conductivity type anode region 5 is formed on the surface part of the first conductivity type anode region 4. The second conductivity type region 3, the first conductivity type anode region 4, and the high concentration second conductivity type anode region 5 are connected with an anode electrode A.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、大きな順方向電流と良
好な逆回復特性を得ることが可能なダイオードに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a diode capable of obtaining a large forward current and a good reverse recovery characteristic.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のダイオードとしては、例えば図1
0に示すようなものがある(Pro ceeding of 1992 Inte
rnational Symposium on Power Semiconductor Devices
& ICs,Tokyo,pp.60〜65)。このダイオードは、Emitte
r Short Type Diode(ESD)と称される構造をしてお
り、高濃度N型基板11上に低濃度N型領域12が形成
され、低濃度N型領域12上にP型領域13が形成され
ている。P型領域13の表面部にはP型コンタクト領域
14と高濃度N型領域15が交互に形成され、このP型
コンタクト領域14と高濃度N型領域15とは共にアノ
ード電極Aにオーミック接続されている。また高濃度N
型基板11はカソード電極Kにオーミック接続されてい
る。P型コンタクト領域14−P型領域13−低濃度N
型領域12−高濃度N型基板11でPINダイオードが
形成され、高濃度N型領域15−P型領域13−低濃度
N型領域12−高濃度N型基板11でNPNバイポーラ
トランジスタが形成されている。NPNバイポーラトラ
ンジスタのベースとなるP型領域13はP型コンタクト
領域14を介してエミッタとなる高濃度N型領域15に
接続されている。図11は上記ダイオードを順バイアス
から逆バイアスにスイッチしたときのダイオードを流れ
る電流を時間の関数として示している。まず順バイアス
されている間に順方向電流If がダイオードを流れ、逆
バイアスにスイッチするとダイオードの逆回復時間trr
の間だけ逆方向電流がダイオードを流れる。この逆回復
時間trr中に流れる逆方向電流の時間積分(=電荷
rr)は順バイアスしていた期間中に低濃度N型領域に
蓄積された少数キャリアの正孔であり、If が大きけれ
ばQrrも大きくなり、ダイオードの逆回復特性が悪くな
る。図10に示すESDでは順バイアス期間中にPIN
ダイオードを流れる電流If1以外に電流If2(=If
f1)がNPNバイポーラトランジスタを流れる。即
ち、P型領域13から低濃度N型領域12へ正孔が注入
されるとそれに応じて電子が低濃度N型領域12からP
型領域13へ注入される。注入された電子がP型領域1
3を流れ、高濃度N型領域15に達するとアノード電極
Aへと流れ出してアノード電流の一部となる。従って図
10に示す従来例は、高濃度N型領域15が形成されて
いない単純なPINダイオードと比べると同じ電荷Qrr
量でも大きな順方向電流If を流すことができる。単純
なPINダイオードの順方向電流を図10に示す従来例
と同じにすると、図11のXに示すように電荷Qrr量が
大きくなり、逆回復特性が悪化する。
2. Description of the Related Art As a conventional diode, for example, FIG.
0 (Proceeding of 1992 Inte
rnational Symposium on Power Semiconductor Devices
& ICs, Tokyo, pp.60-65). This diode is Emitter
It has a structure called r Short Type Diode (ESD), in which a low-concentration N-type region 12 is formed on a high-concentration N-type substrate 11, and a P-type region 13 is formed on the low-concentration N-type region 12. ing. P-type contact regions 14 and high-concentration N-type regions 15 are alternately formed on the surface of the P-type region 13, and both the P-type contact regions 14 and the high-concentration N-type regions 15 are ohmic-connected to the anode electrode A. ing. High concentration N
The mold substrate 11 is ohmic-connected to the cathode electrode K. P-type contact region 14-P-type region 13-Low concentration N
A PIN diode is formed on the type region 12-high-concentration N-type substrate 11, and a high-concentration N-type region 15-P-type region 13-low-concentration N-type region 12-high-concentration N-type substrate 11 forms an NPN bipolar transistor. There is. The P-type region 13 that serves as the base of the NPN bipolar transistor is connected to the high-concentration N-type region 15 that serves as the emitter via the P-type contact region 14. FIG. 11 shows the current through the diode as a function of time when the diode is switched from forward bias to reverse bias. First, when the forward current I f flows through the diode while being forward biased and is switched to the reverse bias, the reverse recovery time trr of the diode.
Only during this time reverse current flows through the diode. The time integration (= charge Q rr ) of the reverse current flowing during the reverse recovery time t rr is holes of minority carriers accumulated in the low concentration N-type region during the forward bias period, and I f is If it is large, Q rr is also large, and the reverse recovery characteristic of the diode is deteriorated. In the ESD shown in FIG. 10, the PIN is input during the forward bias period.
Besides the current I f1 flowing through the diode, a current I f2 (= I f
I f1 ) flows through the NPN bipolar transistor. That is, when holes are injected from the P-type region 13 into the low-concentration N-type region 12, electrons correspondingly flow from the low-concentration N-type region 12 into the P-type region 12.
It is injected into the mold region 13. The injected electrons are P-type region 1
3 and reaches the high concentration N-type region 15, it flows out to the anode electrode A and becomes a part of the anode current. Therefore, the conventional example shown in FIG. 10 has the same charge Q rr as the simple PIN diode in which the high concentration N-type region 15 is not formed.
A large amount of forward current I f can flow. If the forward current of a simple PIN diode is made the same as that of the conventional example shown in FIG. 10, the amount of charge Q rr becomes large as shown by X in FIG. 11, and the reverse recovery characteristic deteriorates.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ダイオードにあっては、NPNバイポーラトランジスタ
のコレクタ−エミッタが逆向きに使われており、電流増
幅率が低い。即ち、NPNバイポーラトランジスタのコ
レクタに当る低濃度N型領域12の電位がエミッタに当
る高濃度N型領域15の電位よりも低く、電子がコレク
タからベースに当るP型領域13へ注入されるようにな
っている。コレクタに当る低濃度N型領域12は不純物
濃度が低いので、低濃度N型領域12からP型領域13
へ電子が注入される注入効率が悪い。このため、P型領
域13から低濃度N型領域12へ多数の正孔が注入され
ても低濃度N型領域12からP型領域13へは少数の電
子しか注入されず、NPNバイポーラトランジスタの電
流増幅率が低い。その結果、NPNバイポーラトランジ
スタを流れる電流If2を十分大きくすることができない
という問題があった。
However, in the conventional diode, the collector-emitter of the NPN bipolar transistor is used in the opposite direction, and the current amplification factor is low. That is, the potential of the low-concentration N-type region 12 corresponding to the collector of the NPN bipolar transistor is lower than the potential of the high-concentration N-type region 15 corresponding to the emitter, and electrons are injected from the collector to the P-type region 13 corresponding to the base. Has become. Since the low-concentration N-type region 12 corresponding to the collector has a low impurity concentration, the low-concentration N-type region 12 to the P-type region 13
The electron injection efficiency is poor. Therefore, even if a large number of holes are injected from the P-type region 13 into the low-concentration N-type region 12, only a small number of electrons are injected from the low-concentration N-type region 12 into the P-type region 13, and the current of the NPN bipolar transistor is increased. The amplification factor is low. As a result, there is a problem that the current I f2 flowing through the NPN bipolar transistor cannot be increased sufficiently.

【0004】本発明は、このような従来の問題に着目し
てなされたもので、順方向電流を大きくすることができ
るとともに良好な逆回復特性を得ることができるダイオ
ードを提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object thereof is to provide a diode capable of increasing a forward current and obtaining a good reverse recovery characteristic. To do.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、第1に、低濃度第1導電型領域と該低濃
度第1導電型領域上に形成した第2導電型領域との接合
でダイオード本体を形成し、前記第2導電型領域の表面
部に第1導電型アノード領域を形成し、該第1導電型ア
ノード領域の表面部に高濃度第2導電型アノード領域を
形成し、前記第2導電型領域、第1導電型アノード領域
及び高濃度第2導電型アノード領域をアノード電極に接
続してなることを要旨とする。
In order to solve the above problems, the present invention firstly provides a low-concentration first conductivity type region and a second-conductivity type region formed on the low-concentration first conductivity type region. To form a diode body, form a first conductivity type anode region on the surface of the second conductivity type region, and form a high concentration second conductivity type anode region on the surface of the first conductivity type anode region. It is characterized in that the second conductivity type region, the first conductivity type anode region and the high concentration second conductivity type anode region are connected to an anode electrode.

【0006】第2に、前記第1導電型アノード領域の形
成部以外の前記第2導電型領域の表面部の少なくとも一
部の領域に、高濃度第2導電型領域を形成し、該高濃度
第2導電型領域を前記アノード電極に接続してなること
を要旨とする。
Secondly, a high concentration second conductivity type region is formed in at least a part of the surface portion of the second conductivity type region other than the formation region of the first conductivity type anode region, and the high concentration second conductivity type region is formed. The gist is that the second conductivity type region is connected to the anode electrode.

【0007】第3に、前記第1導電型アノード領域は複
数個形成し、前記高濃度第2導電型アノード領域は当該
複数個の第1導電型アノード領域の一部のみに形成して
なることを要旨とする。
Thirdly, a plurality of the first conductivity type anode regions are formed, and the high concentration second conductivity type anode regions are formed only in a part of the plurality of the first conductivity type anode regions. Is the gist.

【0008】[0008]

【作用】上記構成において、第1に、ダイオード内に
は、第2導電型領域と低濃度第1導電型領域との接合で
形成されるダイオード本体の他に、高濃度第2導電型ア
ノード領域をエミッタ、第1導電型アノード領域をベー
ス、第2導電型領域をコレクタとしたバイポーラトラン
ジスタが形成されている。このバイポーラトランジスタ
はエミッタの不純物濃度が高いため、ベースへのキャリ
アの注入効率が大きく、電流増幅率が大きい。このた
め、順バイアス時に、ダイオード本体を流れる順方向電
流に、このバイポーラトランジスタで増幅された電流が
加わり、順方向電流が大きくなる。また、順バイアス時
に、低濃度第1導電型領域に蓄積される電荷量はその順
バイアス電圧に依存するので、順方向電流値を同一とし
たとき、本発明のダイオードは、従来例よりも蓄積電荷
量が少なくなって逆回復時間が短かくなる。
In the above structure, first, in the diode, in addition to the diode body formed by the junction of the second conductivity type region and the low concentration first conductivity type region, the high concentration second conductivity type anode region is formed. Is formed as an emitter, the first conductivity type anode region as a base, and the second conductivity type region as a collector. Since the bipolar transistor has a high emitter impurity concentration, it has a high carrier injection efficiency into the base and a high current amplification factor. Therefore, at the time of forward bias, the current amplified by the bipolar transistor is added to the forward current flowing through the diode body, and the forward current increases. Further, since the amount of charge accumulated in the low-concentration first conductivity type region during forward bias depends on the forward bias voltage, when the forward current value is the same, the diode of the present invention accumulates more than the conventional example. The amount of charge decreases and the reverse recovery time becomes short.

【0009】第2に、第1導電型アノード領域の形成部
以外の第2導電型領域の表面部の少なくとも一部の領域
に高濃度第2導電型領域を形成し、この高濃度第2導電
型領域をアノード電極に接続したので、順バイアス時
に、上記バイポーラトランジスタの高電流増幅率による
順方向電流の増大作用に加えて、第2導電型領域及び高
濃度第2導電型領域から低濃度第1導電型領域へ多数の
キャリアが注入されてダイオード本体側においても電流
が増大し、順方向電流が一層大きくなる。また、高濃度
第2導電型領域を形成することにより、キャリアに対す
る第2導電型領域の抵抗成分が小さくなり、ダイオード
が順バイアスから逆バイアスにスイッチされたとき、キ
ャリアが第2導電型領域からアノード電極へ速く流れ出
て、高濃度第2導電型アノード領域、第1導電型アノー
ド領域、第2導電型領域及び低濃度第1導電型領域で形
成されるサイリスタのターンオフが速くなり、その結
果、ダイオードの逆回復時間が一層短かくなる。
Secondly, a high concentration second conductivity type region is formed in at least a part of the surface portion of the second conductivity type region other than the formation region of the first conductivity type anode region, and the high concentration second conductivity type region is formed. Since the type region is connected to the anode electrode, in addition to the effect of increasing the forward direction current due to the high current amplification factor of the bipolar transistor during forward bias, the second conductivity type region and the high concentration second conductivity type region are changed to the low concentration first type region. A large number of carriers are injected into the one-conductivity type region, and the current also increases on the diode body side, and the forward current further increases. Further, by forming the high-concentration second conductivity type region, the resistance component of the second conductivity type region with respect to the carrier is reduced, and when the diode is switched from the forward bias to the reverse bias, the carrier is removed from the second conductivity type region. The thyristor formed by the high concentration second conductivity type anode region, the first conductivity type anode region, the second conductivity type region, and the low concentration first conductivity type region rapidly flows out to the anode electrode, and as a result, The reverse recovery time of the diode becomes shorter.

【0010】第3に、高濃度第2導電型アノード領域
を、複数個の第1導電型アノード領域の一部の表面部に
のみ形成することにより、前記と同様にバイポーラトラ
ンジスタの高電流増幅率作用により順方向電流が大きく
なる。また、高濃度第2導電型アノード領域、第1導電
型アノード領域、第2導電型領域及び低濃度第1導電型
領域で形成されるサイリスタにおける高濃度第2導電型
アノード領域と第1導電型アノード領域に対し第1導電
型アノード領域が並列に接続された構造となって第1導
電型アノード領域におけるキャリアに対する抵抗成分が
小さくなる。この結果、ダイオードが順バイアスから逆
バイアスにスイッチされたとき上記サイリスタのターン
オフが速くなり、ダイオードの逆回復時間が第2の発明
と同様に一層短かくなる。
Thirdly, the high-concentration second conductivity type anode region is formed only on a part of the surface portion of the plurality of first conductivity type anode regions, so that the high current amplification factor of the bipolar transistor is similar to the above. The action increases the forward current. Further, the high concentration second conductivity type anode region and the first conductivity type in the thyristor formed of the high concentration second conductivity type anode region, the first conductivity type anode region, the second conductivity type region and the low concentration first conductivity type region. Since the first conductivity type anode region is connected in parallel to the anode region, the resistance component for carriers in the first conductivity type anode region is reduced. As a result, when the diode is switched from the forward bias to the reverse bias, the thyristor turns off faster, and the reverse recovery time of the diode becomes shorter as in the second invention.

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1乃至図6は、本発明の第1実施例を示す図で
ある。まず、図1を用いてダイオードの構成を説明す
る。高濃度N型基板1上に低濃度N型領域2が形成さ
れ、低濃度N型領域2上にP型領域3が形成されてい
る。P型領域3の表面部には複数のN型アノード領域4
が適宜間隔をおいて形成され、各N型アノード領域4の
表面部に高濃度P型アノード領域5がそれぞれ形成され
ている。P型領域3、N型アノード領域4及び高濃度P
型アノード領域5はアノード電極Aに共通にオーミック
接続されている。図2は、上記ダイオードの等価回路を
示している。P型領域3−低濃度N型領域2−高濃度N
型基板1でPINダイオード(ダイオード本体)7が形
成されている。また、N型アノード領域4−P型領域3
−低濃度N型領域2−高濃度N型基板1でNPNバイポ
ーラトランジスタ8が形成され、高濃度P型アノード領
域5−N型アノード領域4−P型領域3でPNPバイポ
ーラトランジスタ9が形成されている。PNPバイポー
ラトランジスタ9とNPNバイポーラトランジスタ8は
PNPNサイリスタを構成している。Rp はP型領域3
における正孔に対する抵抗成分、Rn はN型アノード領
域4における電子に対する抵抗成分である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 6 are views showing a first embodiment of the present invention. First, the configuration of the diode will be described with reference to FIG. A low concentration N type region 2 is formed on a high concentration N type substrate 1, and a P type region 3 is formed on the low concentration N type region 2. A plurality of N-type anode regions 4 are formed on the surface of the P-type region 3.
Are formed at appropriate intervals, and high-concentration P-type anode regions 5 are formed on the surface of each N-type anode region 4. P-type region 3, N-type anode region 4 and high concentration P
The type anode region 5 is commonly ohmic-connected to the anode electrode A. FIG. 2 shows an equivalent circuit of the diode. P-type region 3-low concentration N-type region 2-high concentration N
A PIN diode (diode body) 7 is formed on the mold substrate 1. In addition, the N-type anode region 4-P-type region 3
An NPN bipolar transistor 8 is formed on the low-concentration N-type region 2-high-concentration N-type substrate 1, and a PNP bipolar transistor 9 is formed on the high-concentration P-type anode region 5-N-type anode region 4-P-type region 3. There is. The PNP bipolar transistor 9 and the NPN bipolar transistor 8 form a PNPN thyristor. R p is P-type region 3
, R n is a resistance component to holes in the N-type anode region 4, and R n is a resistance component to electrons in the N-type anode region 4.

【0012】次に、上述のように構成されたダイオード
の作用を説明する。カソード電極Kに対してアノード電
極Aに正の電圧を印加し、ダイオードを順バイアスした
ときを考える。まずP型領域3から正孔が低濃度N型領
域2へ注入され、順方向電流が流れる。正孔の注入によ
って電子が低濃度N型領域2からP型領域3へ注入され
る。注入された電子がP型領域3内を拡散し、N型アノ
ード領域4に到達する。順方向電流の小さい領域ではN
型アノード領域4に到達した電子がそのN型アノード領
域4を流れてアノード電極Aに達するとアノード電流と
して流れる。このとき電子が抵抗成分Rn を受ける。順
方向電流が大きくなると注入される電子が増え、抵抗成
分Rn による電圧降下が大きくなる。その結果、PNP
バイポーラトランジスタ9がターンオンし、電子が高濃
度P型アノード領域5へ注入される。この電子の注入に
よって高濃度P型アノード領域5からN型アノード領域
4へ正孔が注入される。即ち電流がPNPバイポーラト
ランジスタ9によって増幅される。PNPバイポーラト
ランジスタ9は、そのエミッタに当る高濃度P型アノー
ド領域5の不純物濃度が高いために、ベースに当るN型
アノード領域4への正孔の注入効率が大きく、従って電
流増幅率が大きくなる。その結果、大きな順方向電流I
f が流れる。
Next, the operation of the diode constructed as described above will be described. Consider a case where a positive voltage is applied to the anode electrode A with respect to the cathode electrode K and the diode is forward biased. First, holes are injected from the P-type region 3 into the low-concentration N-type region 2, and a forward current flows. Electrons are injected from the low concentration N-type region 2 to the P-type region 3 by the injection of holes. The injected electrons diffuse in the P-type region 3 and reach the N-type anode region 4. N in the region where the forward current is small
When the electrons that have reached the type anode region 4 flow through the N type anode region 4 and reach the anode electrode A, they flow as an anode current. At this time, the electrons receive the resistance component R n . When the forward current increases, the number of injected electrons increases and the voltage drop due to the resistance component R n increases. As a result, PNP
The bipolar transistor 9 is turned on, and electrons are injected into the high concentration P-type anode region 5. Due to this electron injection, holes are injected from the high-concentration P-type anode region 5 to the N-type anode region 4. That is, the current is amplified by the PNP bipolar transistor 9. Since the PNP bipolar transistor 9 has a high impurity concentration in the high-concentration P-type anode region 5 corresponding to the emitter, the efficiency of injecting holes into the N-type anode region 4 corresponding to the base is high, and thus the current amplification factor is high. . As a result, a large forward current I
f flows.

【0013】図3に、本実施例のダイオード(図中、a
特性線)、図10に示したESD(b特性線)及び単純
なPINダイオード(c特性線)の順方向電流−電圧特
性を示す。順バイアス電圧Vf を一定にするとESDは
PINダイオードよりもNPNバイポーラトランジスタ
を流れる電流If2だけ多く電流が流れる。本実施例のダ
イオードは、そのESDよりもさらにPNPNサイリス
タを流れる電流If3だけ順方向電流If が大きくなる。
順バイアス電圧Vf によって低濃度N型領域2に蓄積さ
れる電荷Qrr量が決まるので、同一の順方向電流If
値に対して本実施例のダイオードの方がESDよりもさ
らに蓄積電荷Qrr量が小さく逆回復特性が良くなる。ま
た、このときPNPバイポーラトランジスタ9の電流増
幅率が大きいためにIf3が大きい。
FIG. 3 shows a diode of the present embodiment (in the figure, a
Characteristic line), the ESD (b characteristic line) shown in FIG. 10, and the forward current-voltage characteristic of a simple PIN diode (c characteristic line). When the forward bias voltage V f is constant, the ESD causes a current larger than the PIN diode by the current I f2 flowing through the NPN bipolar transistor. In the diode of this embodiment, the forward current I f becomes larger than the ESD by the current I f3 flowing through the PNPN thyristor.
Since the amount of electric charge Q rr accumulated in the low concentration N-type region 2 is determined by the forward bias voltage V f , the accumulated electric charge in the diode of this embodiment is larger than that in the ESD for the same value of the forward current I f. The amount of Q rr is small and the reverse recovery characteristic is improved. At this time, since the current amplification factor of the PNP bipolar transistor 9 is large, I f3 is large.

【0014】図4には、本実施例のダイオードの製造工
程の一例を示す。まず、高濃度N型基板1上にエピタキ
シャル成長法を用いて低濃度N型領域2を形成し、その
低濃度N型領域2の表面側に熱拡散法等を用いてP型領
域3を形成する(a)。熱酸化法等を用いてSiO2
10を形成し、リソグラフィー法を用いてSiO2 膜1
0の所定部に窓10aを開ける(b)。窓10aを介し
てイオン注入法等によりP型領域3の表面部にリン又は
ヒ素を導入し、熱拡散法を用いてN型アノード領域4を
形成する(c)。再び窓10aを介してイオン注入法等
を用いてボロンを導入し、高濃度P型アノード領域5を
形成し、SiO2 膜10を除去する(d)。最後にアノ
ード電極及びカソード電極を形成する。
FIG. 4 shows an example of the manufacturing process of the diode of this embodiment. First, the low-concentration N-type region 2 is formed on the high-concentration N-type substrate 1 by the epitaxial growth method, and the P-type region 3 is formed on the surface side of the low-concentration N-type region 2 by the thermal diffusion method or the like. (A). By thermal oxidation or the like to form a SiO 2 film 10, SiO 2 film 1 by lithography
A window 10a is opened at a predetermined portion of 0 (b). Phosphorus or arsenic is introduced into the surface of the P-type region 3 through the window 10a by the ion implantation method or the like, and the N-type anode region 4 is formed by the thermal diffusion method (c). Boron is again introduced through the window 10a by an ion implantation method or the like to form the high concentration P-type anode region 5 and the SiO 2 film 10 is removed (d). Finally, an anode electrode and a cathode electrode are formed.

【0015】図5、図6には、図1に示した本実施例の
平面パターンの例を2種類示す。図5(b)は同図
(a)のA−A線断面図、図6(b)は同図(a)のB
−B線断面図である。図5はストライプパターンの例で
ある。ストライプパターンは設計容易性が得られるが密
度を上げにくい。図6は丸セル、6角配置パターンの例
である。丸セルパターンはセル密度を上げることができ
るという利点がある。
FIGS. 5 and 6 show two types of plane patterns of this embodiment shown in FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 5A, and FIG. 6B is B of FIG.
It is a -B line sectional view. FIG. 5 is an example of a stripe pattern. The stripe pattern is easy to design, but it is difficult to increase the density. FIG. 6 shows an example of a circular cell and hexagonal arrangement pattern. The round cell pattern has an advantage that the cell density can be increased.

【0016】図7には、本実施例のダイオードの使用回
路例を示す。この回路はHブリッジ又は3相インバータ
の一部で、トランジスタT1,T2を用いて誘導負荷L
を流れる電流を制御するものである。各トランジスタT
1,T2のエミッタ・コレクタ間に本実施例のダイオー
ドD1,D2がそれぞれ並列接続されている。いま、例
えばトランジスタT1がオンしているとき、電流が図に
示すの方向に流れる。次にトランジスタT1がターン
オフすると誘導負荷Lの逆起電力によって図中の点の
電位が負に転じる。この負電位によってトランジスタT
2が破壊されないようにダイオードD2が用いられてい
る。即ちの電位が負に転じるとダイオードD2が順バ
イアスされて電流がの方向に流れる。その結果、点
の電位が−Vf にクランプされてトランジスタT2が保
護される。次にトランジスタT1が再びターンオンする
とダイオードD2の逆回復期間中だけ電流がの方向に
流れ、電源がトランジスタT1、ダイオードD2によっ
て短絡される。この期間中に流れる電流が大きいために
ダイオードD2の逆回復特性が悪いとトランジスタT1
が破壊される。しかるに本実施例のダイオードD2は前
述したように逆回復特性が良いので、電源短絡の期間を
短かくでき、トランジスタT1の破壊が防止される。
FIG. 7 shows an example of a circuit using the diode of this embodiment. This circuit is part of an H-bridge or a three-phase inverter and uses an inductive load L using transistors T1 and T2.
It controls the electric current flowing through. Each transistor T
Diodes D1 and D2 of this embodiment are connected in parallel between the emitters and collectors of T1 and T2, respectively. Now, for example, when the transistor T1 is turned on, a current flows in the direction shown in the figure. Next, when the transistor T1 is turned off, the back electromotive force of the inductive load L causes the potential at the point in the figure to turn negative. This negative potential causes the transistor T
Diode D2 is used so that 2 is not destroyed. That is, when the potential of turns negative, the diode D2 is forward-biased and the current flows in the direction of. As a result, the transistor T2 is protected potential at the point is clamped to -V f. Next, when the transistor T1 is turned on again, current flows in the direction of during the reverse recovery period of the diode D2, and the power source is short-circuited by the transistor T1 and the diode D2. If the reverse recovery characteristic of the diode D2 is poor because the current flowing during this period is large, the transistor T1
Is destroyed. However, since the diode D2 of this embodiment has a good reverse recovery characteristic as described above, the period of power supply short circuit can be shortened and the breakdown of the transistor T1 can be prevented.

【0017】図8には、本発明の第2実施例を示す。本
実施例ではN型アノード領域4の形成部以外のP型領域
3の表面部に高濃度P型領域6が形成され、この高濃度
P型領域6もアノード電極Aにオーミック接続されてい
る。順バイアス電圧Vf が大きくなると、この高濃度P
型領域6及びP型領域3から多数の正孔が低濃度N型領
域2へ注入されるために、前記第1実施例よりも順方向
電流がさらに大きくなる。また高濃度P型領域6の不純
物濃度を変えることで前記図2に示した正孔に対する抵
抗成分Rp の値を設定することが可能となる。抵抗成分
p を低く設定するとダイオードに逆バイアスを印加し
てサイリスタがターンオフしようとするときに正孔がP
型領域3からアノード電極Aへ速く流れ出て、サイリス
タのターンオフを速くできる。その結果、ダイオードの
ターンオフ時間trrを短かくできる。また高濃度P型領
域6がない場合には、サイリスタが前記図1中のYで示
すエッジ部からターンオンし、電流が集中しやすいので
dI/dt耐量が小さくなることがある。しかし高濃度
P型領域6を設けることにより、エッジ部Yがターンオ
ンしにくくなり、dI/dt耐量が大きくなる。さらに
逆バイアス電圧が変化すると変位電流が抵抗成分Rp
流れ、その結果、サイリスタが誤ターンオンすることが
考えられる。即ち、ダイオードのdV/dt耐量がサイ
リスタ構造を集積することにより小さくなる可能性があ
る。しかし抵抗成分Rp の値を小さくすることによって
dV/dt耐量を大きくできる。
FIG. 8 shows a second embodiment of the present invention. In this embodiment, a high concentration P type region 6 is formed on the surface portion of the P type region 3 other than the formation portion of the N type anode region 4, and the high concentration P type region 6 is also ohmic-connected to the anode electrode A. When the forward bias voltage V f increases, this high concentration P
Since a large number of holes are injected into the low-concentration N-type region 2 from the type region 6 and the P-type region 3, the forward current becomes even larger than that in the first embodiment. Further, by changing the impurity concentration of the high concentration P-type region 6, it becomes possible to set the value of the resistance component R p for holes shown in FIG. When the resistance component R p is set to be low, holes are transferred to P when the reverse bias is applied to the diode and the thyristor is about to turn off.
The thyristor can be quickly turned off by quickly flowing out from the mold region 3 to the anode electrode A. As a result, the turn-off time trr of the diode can be shortened. If the high-concentration P-type region 6 is not provided, the thyristor turns on from the edge portion indicated by Y in FIG. 1 and current is likely to be concentrated, so that the dI / dt withstand capability may decrease. However, by providing the high-concentration P-type region 6, it becomes difficult for the edge portion Y to turn on, and the dI / dt withstand capability increases. Further, when the reverse bias voltage changes, the displacement current flows through the resistance component R p, and as a result, the thyristor may turn on incorrectly. That is, the dV / dt withstand capability of the diode may be reduced by integrating the thyristor structure. However, the dV / dt withstand capability can be increased by reducing the value of the resistance component R p .

【0018】図9には、本発明の第3実施例を示す。本
実施例は、複数個形成されたN型アノード領域4の一部
の表面部のみに高濃度P型アノード領域5を形成し、他
の残りのN型アノード領域4の表面部には高濃度P型ア
ノード領域5を形成しないようにしたものである。この
ような構成により、本実施例は、図1のダイオードに、
図10に示したESDを集積化したような構造となる。
このようにすると、本実施例のダイオードにおけるサイ
リスタを流れる電流の割合を任意に設定することが可能
となる。即ち、サイリスタとESDを集積することで前
記図2に示した電子に対する抵抗成分Rn が小さくな
る。その結果、サイリスタのターンオフ時間が短かくな
るとともに誤ターンオンしにくくなる。即ち、ダイオー
ドのターンオフ時間trrを短かくすることができ、また
dV/dt耐量を大きくすることができる。
FIG. 9 shows a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the high-concentration P-type anode region 5 is formed only on a part of the surface of the plurality of N-type anode regions 4, and the high-concentration P-type anode region 5 is formed on the surface of the other remaining N-type anode regions 4. The P-type anode region 5 is not formed. With this structure, the present embodiment has the diode of FIG.
The structure is such that the ESD shown in FIG. 10 is integrated.
By doing so, it becomes possible to arbitrarily set the ratio of the current flowing through the thyristor in the diode of this embodiment. That is, by integrating the thyristor and the ESD, the resistance component R n for electrons shown in FIG. 2 is reduced. As a result, the turn-off time of the thyristor becomes shorter and the erroneous turn-on becomes less likely. That is, the turn-off time trr of the diode can be shortened and the dV / dt withstand capability can be increased.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上説明したように、各請求項記載の発
明によれば、それぞれ次のような効果を奏する。
As described above, according to the invention described in each claim, the following effects are obtained.

【0020】請求項1記載の発明によれば、低濃度第1
導電型領域と該低濃度第1導電型領域上に形成した第2
導電型領域との接合でダイオード本体を形成し、前記第
2導電型領域の表面部に第1導電型アノード領域を形成
し、該第1導電型アノード領域の表面部に高濃度第2導
電型アノード領域を形成し、前記第2導電型領域、第1
導電型アノード領域及び高濃度第2導電型アノード領域
をアノード電極に接続したため、ダイオード内には、ダ
イオード本体の他に、高濃度第2導電型アノード領域を
エミッタ、第1導電型アノード領域をベース、第2導電
型領域をコレクタとしたバイポーラトランジスタが形成
され、このバイポーラトランジスタはエミッタの不純物
濃度が高いため、ベースへのキャリアの注入効率が大き
く、電流増幅率が大きくなり、順バイアス時に、ダイオ
ード本体側の順方向電流にこのバイポーラトランジスタ
で増幅された電流が加わって順方向電流を大きくするこ
とができる。また順バイアス時に低濃度第1導電型領域
に蓄積される電荷量はその順バイアス電圧に依存するの
で、順方向電流値を同一としたとき、本発明のダイオー
ドは、従来例よりも蓄積電荷量が少なくなって逆回復時
間を短かくすることができる。
According to the invention of claim 1, the low concentration first
A conductivity type region and a second region formed on the low concentration first conductivity type region
A diode body is formed by a junction with a conductivity type region, a first conductivity type anode region is formed on a surface portion of the second conductivity type region, and a high concentration second conductivity type is formed on a surface portion of the first conductivity type anode region. Forming an anode region, the second conductivity type region, the first
Since the conductive type anode region and the high concentration second conductive type anode region are connected to the anode electrode, the high concentration second conductive type anode region is an emitter and the first conductive type anode region is a base in the diode in addition to the diode body. , A bipolar transistor having the collector of the second conductivity type region is formed. Since the impurity concentration of the emitter of this bipolar transistor is high, the efficiency of carrier injection into the base is high, the current amplification factor is high, and the diode is forward biased. The forward current can be increased by adding the current amplified by the bipolar transistor to the forward current on the main body side. Further, since the amount of charge accumulated in the low-concentration first conductivity type region during forward bias depends on the forward bias voltage, when the forward current value is the same, the diode of the present invention has a larger amount of accumulated charge than the conventional example. As a result, the reverse recovery time can be shortened.

【0021】請求項2記載の発明によれば、前記第1導
電型アノード領域の形成部以外の前記第2導電型領域の
表面部の少なくとも一部の領域に、高濃度第2導電型領
域を形成し、該高濃度第2導電型領域を前記アノード電
極に接続したため、順バイアス時に、前記バイポーラト
ランジスタの高電流増幅率による順方向電流の増大作用
に加えて、第2導電型領域及び高濃度第2導電型領域か
ら低濃度第1導電型領域へ多数のキャリアが注入されて
ダイオード本体側においても電流が増大し、順方向電流
を一層大きくすることができる。また、高濃度第2導電
型領域を形成することにより、キャリアに対する第2導
電型領域の抵抗成分が小さくなり、ダイオードが順バイ
アスから逆バイアスにスイッチされたとき、キャリアが
第2導電型領域からアノード電極へ速く流れ出て、高濃
度第2導電型アノード領域、第1導電型アノード領域、
第2導電型領域及び低濃度第1導電型領域で形成される
サイリスタのターンオフが速くなり、ダイオードの逆回
復時間を一層短かくすることができる。
According to the second aspect of the present invention, a high concentration second conductivity type region is formed in at least a part of the surface portion of the second conductivity type region other than the first conductivity type anode region forming portion. Since the high-concentration second-conductivity type region is formed and connected to the anode electrode, in addition to the effect of increasing the forward current due to the high current amplification factor of the bipolar transistor during the forward bias, the second-conductivity-type region and the high-concentration region are formed. A large number of carriers are injected from the second conductivity type region into the low-concentration first conductivity type region, and the current also increases on the diode body side, so that the forward current can be further increased. Further, by forming the high-concentration second conductivity type region, the resistance component of the second conductivity type region with respect to the carrier is reduced, and when the diode is switched from the forward bias to the reverse bias, the carrier is removed from the second conductivity type region. Quickly flowing out to the anode electrode, the high-concentration second conductivity type anode region, the first conductivity type anode region,
The turn-off of the thyristor formed of the second conductivity type region and the low-concentration first conductivity type region is accelerated, and the reverse recovery time of the diode can be further shortened.

【0022】請求項3記載の発明によれば、前記第1導
電型アノード領域は複数個形成し、前記高濃度第2導電
型アノード領域は当該複数個の第1導電型アノード領域
の一部のみに形成したため、前記と同様にバイポーラト
ランジスタの高電流増幅率作用により順方向電流を大き
くすることができる。また、高濃度第2導電型アノード
領域、第1導電型アノード領域、第2導電型領域及び低
濃度第1導電型領域で形成されるサイリスタにおける高
濃度第2導電型アノード領域と第1導電型アノード領域
に対し第1導電型アノード領域が並列接続された構造と
なって第1導電型アノード領域におけるキャリアに対す
る抵抗成分が小さくなり、ダイオードが順バイアスから
逆バイアスにスイッチされたとき上記サイリスタのター
ンオフが速くなってダイオードの逆回復時間を請求項2
記載の発明と同様に一層短かくすることができる。
According to the third aspect of the present invention, a plurality of the first conductivity type anode regions are formed, and the high concentration second conductivity type anode regions are only a part of the plurality of the first conductivity type anode regions. Since it is formed as described above, the forward current can be increased by the action of the high current amplification factor of the bipolar transistor as in the above. Further, the high concentration second conductivity type anode region and the first conductivity type in the thyristor formed of the high concentration second conductivity type anode region, the first conductivity type anode region, the second conductivity type region and the low concentration first conductivity type region. Since the first conductivity type anode region is connected in parallel to the anode region, the resistance component for carriers in the first conductivity type anode region is reduced, and when the diode is switched from forward bias to reverse bias, the thyristor is turned off. 3. The reverse recovery time of the diode becomes faster.
It can be made shorter as in the described invention.

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

【図1】本発明に係るダイオードの第1実施例を示す縦
断面図である。
FIG. 1 is a vertical sectional view showing a first embodiment of a diode according to the present invention.

【図2】上記第1実施例の等価回路を示す回路図であ
る。
FIG. 2 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the first embodiment.

【図3】上記第1実施例の順方向電圧−順方向電流特性
を比較例とともに示す特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing forward voltage-forward current characteristics of the first embodiment together with a comparative example.

【図4】上記第1実施例の製造方法の一例を示す工程図
である。
FIG. 4 is a process drawing showing an example of the manufacturing method of the first embodiment.

【図5】上記第1実施例の平面パターンの一例を示す図
である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a plane pattern of the first embodiment.

【図6】上記第1実施例の平面パターンの他の例を示す
図である。
FIG. 6 is a diagram showing another example of the plane pattern of the first embodiment.

【図7】上記第1実施例の使用例を示す回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram showing a usage example of the first embodiment.

【図8】本発明の第2実施例を示す縦断面図である。FIG. 8 is a vertical sectional view showing a second embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第3実施例を示す縦断面図である。FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing a third embodiment of the present invention.

【図10】従来のダイオードを示す縦断面図である。FIG. 10 is a vertical sectional view showing a conventional diode.

【図11】上記従来例のスイッチング特性を示す特性図
である。
FIG. 11 is a characteristic diagram showing a switching characteristic of the conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 高濃度N型基板 2 低濃度N型領域 3 P型領域 4 N型アノード領域 5 高濃度P型アノード領域 6 高濃度P型領域 A アノード電極 K カソード電極 1 High-concentration N-type substrate 2 Low-concentration N-type region 3 P-type region 4 N-type anode region 5 High-concentration P-type anode region 6 High-concentration P-type region A Anode electrode K Cathode electrode

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 低濃度第1導電型領域と該低濃度第1導
電型領域上に形成した第2導電型領域との接合でダイオ
ード本体を形成し、前記第2導電型領域の表面部に第1
導電型アノード領域を形成し、該第1導電型アノード領
域の表面部に高濃度第2導電型アノード領域を形成し、
前記第2導電型領域、第1導電型アノード領域及び高濃
度第2導電型アノード領域をアノード電極に接続してな
ることを特徴とするダイオード。
1. A diode body is formed by a junction of a low-concentration first-conductivity type region and a second-conductivity-type region formed on the low-concentration first-conductivity-type region, and a diode body is formed on a surface portion of the second-conductivity-type region. First
Forming a conductive type anode region, and forming a high concentration second conductive type anode region on the surface of the first conductive type anode region,
A diode, wherein the second conductivity type region, the first conductivity type anode region and the high concentration second conductivity type anode region are connected to an anode electrode.
【請求項2】 前記第1導電型アノード領域の形成部以
外の前記第2導電型領域の表面部の少なくとも一部の領
域に、高濃度第2導電型領域を形成し、該高濃度第2導
電型領域を前記アノード電極に接続してなることを特徴
とする請求項1記載のダイオード。
2. A high-concentration second-conductivity type region is formed in at least a part of a surface portion of the second-conductivity-type region other than the formation part of the first-conductivity-type anode region, and the high-concentration second region is formed. The diode according to claim 1, wherein a conductivity type region is connected to the anode electrode.
【請求項3】 前記第1導電型アノード領域は複数個形
成し、前記高濃度第2導電型アノード領域は当該複数個
の第1導電型アノード領域の一部のみに形成してなるこ
とを特徴とする請求項1記載のダイオード。
3. A plurality of the first conductivity type anode regions are formed, and the high concentration second conductivity type anode regions are formed only in a part of the plurality of the first conductivity type anode regions. The diode according to claim 1.
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US11715789B2 (en) 2020-10-01 2023-08-01 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device

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